Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью

.87, Бю л. Р 44учно-исследователбезопасности рабо тут скии и лектро ствител ности, быстр ти работы ус однойазного твия и селективнос тва, При появлении мыкания на землю напр ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ горнон промышленности(56) Авторское свидетельство СССРР 458070, кл. Н 02 Н 3/16, 1976,Авторское свидетельство СССРР 517970, кл. Н 02 Н 3/16, 977,54) УСТРОЙСТВО ДЛя ЗАО 1 ИТЫ ОТ ОДНОфАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛ 10 В СЕТИ СИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАПЬМ(57) Изобретение относится к этехнике и предназначено для защитыот замыканий на землю и для защитычеловека от поражения током, Цель изобретения - повышение жение нулевои последовательности с выхода фильтра 1 через дифференцирующее звено 2 постугает на вход пускового органа 20 и при гревышении им уставки срабатывания пусковой орган разрешает работу пороговых элементов 18 и 19, Одновременно сигнал с дифференцирующего звена 2 поступает через усилитель-ограничитель 4 в подмагничивающие обмотки 5 и б трансформаторов тока нулевой последовательности 7 и 8, где складывается с токами защищаемых присоединений 9 и 10. На поврежденном присоединении сигналы будут находиться в Аазе, а на неповрежденных - в противоАазе. СледовасО тельно, амплитудный детектор 15 однозначно выберет присоединение с замыканием и через соответствующий пороговый элемент даст команду на отключение поврежденного присоединения, Одновременно выходным сигналом с порогового органа блокируется амплитудный вввй детектор 15, 1 ил, С 01 135610Изобретение относится к релейнойзащите распределительных электрическйх сетей напряжением 6-10 кВ и можетбыть использовано в устройствах защитс;от замыкания на землю и пораженияэлектротоком при однофазном прикосновении человека.Цель изобретения - повышение чувствительности, быстродействия и селективности работы устройства.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью состоит из фильтра 1 напряжения нулевой последовательности, к вторичной обмотке которогоподключено дифференцирующее звено 2. 2 ОПервичная обмотка фильтра 1 присоединена к шинам 3 подстанционного распредустройства.К выходу дифференцирующего звенаподсоединен усилитель-ограничитель 4, 25выход которого подключен к подмагничивающим обмоткам 5 и 6 трансформаторов 7 и 8 тока нулевой последовательности, установленных на кабелях защищенных присоединений 9 и 10. К вто- ЗОричным обмоткам 11 и 12 трансформаторов 7 и 8 тока присоединены входамивыпрямители 13 и 14, выходы которыхподключаются к ячейкам амплитудногодетектора 15, Выпрямители 13 и 14 идетектор 15 выполнены на интегральныхмикросхемах. Амплитудный детектор 15состоит из одинаковых ячеек 16 и 17,число которых соответствует количеству защищаемых присоединений, Выходы ,цячеек 16 и 17 подключены к неинвертирующим входам пороговых элементов18 и 19, к инвертирующим входам которых подключен выход пускового органа20. Вход пускового органа 20 соединяется с выходом дифференцирующего звена. Выходы пороговых элементов 18 и19 подключены к выходным каскадам 21и 22. Дифференцирующее звено осуществляет дифференцирование напряжения нулевой последовательности,Усилитель-ограничитель 4 предназначен для усиления по мощности и ограничения по амплитуде продифференцированного напряжения нулевой последовательности и представляет собой усилитель 23 мощности, охваченный нелинейной отрицательной обратной связьюпосредством стабилитронов 24. На выходе усилителя включен токоограничивающий резистор 25, которым устанавливается необходимый ток подмагничивания трансформаторов 7 и. 8 токанулевой последовательности,Пусковой орган 20, работающий попроизводной напряжения нулевой последовательности, необходим для блокировки пороговых элементов 18 и 19при отсутствии напряжения нулевойпоследовательности. Таким образом,предотвращается ложное срабатываниеустройства от пусковых токов несимметрии, когда отсутствует напряжениенулевой последовательности.Пусковой орган 20 состоит из формирователя прямоугольных однополярныхимпульсов, представляющего собойкомпаратор 26 с диодами 27 и 28 итокоограничивающим резистором 29 навходе, запоминающей емкости 30 с токоограничивающим резистором 31 и диодом 32 и ключа 33, нагруженного нарезистор 34, Введение в компараторопорного напряжения Пнеобходимодля предотвращения срабатывания узлаблокировки от напряжения нулевой последовательности, возникающего вследствие естественной несимметрии сетиВыпрямители 13 и 14 предназначеныдля двухполупериодного выпрямлениявходного сигнала и состоят.из прецизионного двухполупериодного выпрямителя 35, защитной цепочки 36 и 37 инагрузочного резистора 38. Применениепрецизионных выпрямителей позволяетсущественно повысить чувствительностьсхемы за счет резкого снижения потеринапряжения входного сигнала по сравнению с применением обычных полупроводниковых диодов,Защитная цепочка 36 и 7 предохраняет выпрямитель 35 от чрезвычайновысокого уровня входного сигнала, который может возникнуть в случае двухфазного короткого замыкания. На нагрузочном сопротивлении 38 осуществляется преобразование тока нулевойпоследовательности в напряжение, пропорциональное этому току.Амплитудный детектор 15 предназначен для выбора из нескольких сигналоводного наибольшего и состоит из идентичных ячеек 16 и 17,.представляющихсобой операционный усилитель 39, охваченный отрицательной обратной свя.зью при помощи диода 40, Применениеамплитудного детектора на операцион13561( ных усилителях позволяет существенноповысить селективность определенияповрежденного присоединения по сравнению с детектором, выполненным натранзисторах за счет несоизмеримобольшого коэййициента усиления операционного усилителя по сравнению странзистором,Пороговые элементы 18 и 19 служатдля предотвращения ложного срабатывания устройства от сигналов помехи,имеющих сравнительно низкий уровень.Кроме того, пороговый элемент выполняет йункции запоминания инйормациио выбранном поврежденном присоединении и блокировки по напряжению нулевой последовательности, Каждый пороговый элемент выполнен по схеметриггера Шмидта на операционном усилителе 41 с положительной обратной 20связью на резисторах 42 и 43, Диоды44 и 45 служат для развязки выходныхцепей пороговых элементов 18 и 19,На неинвертирующие входы пороговыхэлементов поступают сигналы с выходов амплитудного детектора, а на инвертирующие входы - сигнал блокировки по напряжению нулевой последовательности, запрещающий прохождениеи запоминание входного сигнала при 30отсутствии напряжения нулевой после-.довательности. Резистором 42 осуществляется настройка порогового элементана необходимый порог срабатывания.Сигналы с выходов пороговых элементов 3518 и 19 поступают на выходные каскады21 и 22 и на амплитудный детектор 15,закрывая последний для прохождениявыходных сигналов выпрямителей 13 и14, что предотвращает ложный выбор 40неповрежденных присоединений от токов несимметрии, возникающих при отключении поврежденного присоединения.Выходные каскады 21 и 22 служатдля согласования маломощных пороговых 45элементов 18 и 19 с довольно мощнымицепями отключения защищаемых присоединений, Выходной каскад выполнен наотранзисторном ключе 46 и 47,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии отсутствуютнапряжение нулевой последовательности П и ток нулевой последовательносати Хо. Соответственно, отсутствуют 55входные сигналы в диФференцирующемзвене 2 и ток подмагничивания трансйорматоров 7 и 8 тока нулевой после)1 4довательности, При этом пусковой орган 20 своим выходным сигналом (транзистор 33 открыт) запирает пороговыеэлементы 18 и 19. Следовательно, навыходе пороговых элементов отсутствует отрицательный потенциал и транзистор 4 выходных каскадов 21 и 22закрыт. Сигналы на отключение защищаемых присоединений 9 и 10 не поступают,Б случае возникновения одноФазного замыкания на одном из присоединений, например на 9, появляется напряжениенулевой последовательности,которое с выхода Фильтра 1 напряжения нулевой последовательности черездиФФеренцирующее звено 2 поступаетна вход пускового органа 20, Еслиуровень напряжения " превышает порогсрабатывания Ькомпаратора 26, который устанавливается выше уровня 0от естественнойнесимметрии сети,тона выходе компаратора 26 появляютсяпрямоугольные импульсы отрицательнойполярности, которые закрывают транзистор 33. Таким образом, блокировочный сигнал снимается с пороговыхэлементов 8 и 19, Конденсатор 30необходим для устранения пауз между,выходными импульсами компаратора 26,Вместе с этим продиФФеренцированное напряжение П с выхода диФйеренцирующего звена 2 поступает на вход усилителя-ограничителя 4. Выходной ток усилителя-ограничителя 4, пропорциональный производной напряжения нулевой последовательности, подается в подмагничивающие обмотки 5 и 6 трансйорматоров 7 и 8 тока нулевой последовательности, где он складывается с токами нулевой последовательности защищаемьг" присоединений 9 и 1 О. В поврежденном присоединении 9 подмагничивающий ток по Фазе совпадает с током нулевой последовательности, а в неповрежденном эти токи находятся в противойазе, Таким образом, на выходе 11 трансФорматора 7 тока нулевой последовательности поврежденного присоединения 9 будет суммарный ток, а на выходе 12 трансйорматора Я неповрежденного присоединения 1 О разностный и, следовательно, на входе выпрямителя 13 поврежденного присоединения 9 будет сигнал, заведомо боль - ший, чем сигналы на входе выпрямителя 14 неповрежденного присоединения 10,1 6тора, в результате чего сохраняютсястабильные фазовые соотношения вторичного тока и напряжения нулевой последовательности.Применение усилителя-ограничителясигнала, полученного из напряжениянулевой последовательности, допускает использование высокоомного дифференцирующего звена, что резко сОкращает длительность переходного процесса в контуре, образованном индуктивностью фильтра напряжения нулевойпоследовательности и емкостью дифференцирующего звена,Пусковой орган, реагирующий наскорость изменения производную П )повышает чувствительность и быстродействие, так как производная Б пооФазе совпадает с током нулевой последовательности, в результате чего уст-,раняется запаздывание напряжения нулевой последовательности, Введениепорогового элемента за амплитуднымдетектором исключает влиянйе на селективность действия защиты токов несимметрии трансформаторов тока нулевой последовательности,Формула и з о б р е т е н и я Устройство для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключено дифференцирующее звено, трансформаторы тока. нулевой последовательности с дополнительными подмагничи- . вающими обмотками, соединенными последовательно, амплитудный детектор,присоединенный входами через выпрямителик выходным обмоткам соответствующихтрансформаторов тока нулевой последовательности, а также выходные каскадыи пусковой орган, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, быстродействияи селективности, оно дополнительноснабжено усилителем-ограничителем ипо числу контролируемых присоединенийпороговыми элементами, причем усилитель-ограничитель присоединен входомк выходу дифференцирующего звена, авыходом - к упомянутым обмоткам подмагничивания, пороговые элементы выполнены на операционных усилителях ик их инвертирующим входам подключенвыход пускового органа, а к неиннер 5 135 б 10После выпрямителей 13 и 1 ч сигналы поступают на входы амплитудногоДетектора 15, который выбирает сигналнаибольший по амплитуде, соответствующий поврежденному присоединению 9,и передает его на свой пороговый элемент 18, который, переключившись, через выходной каскад 21 выдает командув цепь отключения поврежденного присоединения 9Одновременно выходным 10сигналом порогового элемента 18 закрывается амплитудный детектор 15.После. отключения поврежденногопрйсоединения 9 и восстановления симметрии сети исчезает напряжение нулевой последовательности, что приводитк исчезновению импульсов на выходекомпаратора 2 б пускового органа 20.После разряда конденсатора 30 транзистор 33 открывается и сигнал с его выхода переключает пороговый элемент 18в исходное состояние, который, переключившись, снимает блокировочныйсигнал с амплитудного детектора 15,Таким образом, вся схема устройства 25возвращается в исходное состояниепосле отключения поврежденного присоединения, Аналогично схема работает при однофазных замыканиях на любомиз защищенных присоединений. 30Таким образом, использование усилителя-ограничителя позволяет стабилизировать ток подмагничивания, чтообеспечивает работу трансформаторовтока нулевой йоследовательностиналинейной части кривой подмагничивания как при малых, так и при большихтоках замыкания, В результате этогоповышается чувствительность устройства при малых токах замыкания на землю, При. больших токах замыкания повышается селективность действия защиты,так как исключается сближение фронтов вторичных токов, вызываемое искажением формы вторичного тока, снимаемого с трансформаторов тока нулевойпоследовательности поврежденного присоединения, Стабильное подмагничивание позволяет не допускать насыщениясердечника трансформаторов тока нулевой последовательности поврежденного присоединения,Работа трансформатора тока нулевойпоследовательности на линейной частикривой намагничивания при малых и 55больших токах повышает селективностьзащиты также за счет стабилизации угла полного сопротивления трансформаСоставитель Л.ВаськоваТехредЛ.Сердюкова Корректор М,Максимищинец Редактор М,Андрушенко Заказ 5803/48 Тираж 618 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.9 дф 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1356101 8тирующим входам - соответствующие вы- подключены к выходным каскадам, приходы ячеек амплитудного детектора, этом вход пускового органа соединенпричем выходы пороговых элементов с выходом дифференцирующего звена.