Устройство для контроля замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВАРСКОМУ СВИ ВТИЛЬС УСоюз Советскик Социалистических Реслублик(51)М. Кл.6 01 й 31/02 Н 02 Н 3/16 Н 02 Н 3/38 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150780(54) УСТРОЙСТВО ДДЯ КОНТРОЛЯ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮИзобретение относится к горной электротехнике, и в частности к одному иэ ее разделов - контролю замыканий на землю в сети с изолирован.ной нейтралью.Существует ряд специфических производств, к которым могут быть отнесены прежде всего угольныЕ шахты, где в высоковольтных сетях должны контролироваться не только глухие замыкания на землю, но и замыкания на землю через переходные сопротивления. Последнее требование исключает возможность применение защиты, основанной на контроле одной величины (тока нулевой последовательности) и представляет возможным применить другие, основанные на сравнении направлений двух величин. При этом одним из наиболее важнйх свойств такой защиты остается селективность обнаружения повреждений, которые представляют большую опасность для взрывоопасных помещений не только при устойчивых замыканиях, но и тогда, когда замыкание перемежающееся.Известно устройство контроля замыканий на землю, где сравниваются направления первых импульсов, формируемых датчиками тока и напряжений 2нулевой последовательности (1 . Этоустройство содержит датчик напряжения нулевой последовательности(ДННП), к которому подключен один 5 пороговый элемент, датчик тока нулевой последовательности (ДННП), нагруженный плечом фазосравнивающегоблока (ФСБ), два триггера, подключенных к выходу ФСБ и исполнитель ный орган.Однако недостатком его являетсяслабая помехозащищенность, в результате чего при грозовых разрядах,переходных процессах в сети возмож на ложная информация.Известно также устройство контроля от замыкания на землю, где сравниваются направления сигналов, формируемых датчиками тока и напряжения 20 нулевой последовательности в течениевсего времени существования повреждения 121.Известное устройство содержитдатчик напряжения нулевой последова тельноотк (ДННП, между средней точкоц которого и выходом фаэосравнивающего блока (ФСБ) включен исполнителЬный орган, и усилитель низкой частоты (УНЧ), вход которого подключен к 30 цатчику тока йулевой последовательности ДТНП), а выход - к входу фаэосравнивающего устройства;По сравнению с предыдущим устройством это устройство более помехозащищено и селективно обнаруживает глухие и через переходные сопротивления Замьпсания фазы на землю, благодаря чему в сетях 6 кВ оно наибо,лее распространено и воздействует, как правило, на отключение. Недостатком их однако являются отказы при перемежающйхся дуговых замыканиях фазы на землю. Объясняется это тем, что форма тока нулевой последовательностй при перемежающемся дуговом замыкании суцественно отличается от формы тока при металлическом или через переходное сопротивление замыкания фазы на землю - пучки высокочастотных импульсов, возникаюцих раз в полупериод рабочей частоты Сети, в то время как напряжение нулевой последовательности в обоих случаях представляет собой низкочастотные импульсы частотой примерно равной 50. Гц. В результате сравнения по фа- зе высокочастотных импульсов с низкочастотными фазосравнивающие блоки, установленные во всех ответвлениях, вырабатывают случайный сигнал, соответствующий отсутствию повреждения либо наличию в неповрежденном ответвлении. В условиях взрывоопасных помещений, к которым относятся выработки шахт и рудников, отказ эациты от замыканий -н-; землю при перемежающемся дуговом замыкании недопустюс, а неселективные действия наносят значительный экономический ущерб.Целью настоящего йзобретенйя является повышение селективности обнару" жения перемежающегося дугового замыкания на землю.Эта цель достигается за счет того, что известное устройство, содержацее датчики тока и напряжения нулевой последовательности, связанные с соответствующими входами фазосравнивающего блока, снабжено избирательным детектором, осуществляющим пре, образование сигнала с изменяющейся амплитудой в однополярный импульс, совпадающий с полярностью первого импульса в упомянутом сигнале и подключенным своим входом к датчику тока нулевой последовательности, а своим выходом связанный с первым вхо.иом фазосравнивающего блока, а также тем, что оно снабжено двумя детекторами максимального сигнала, один иэ которых включен между выходом избирательного детектора и первым входом фазосравнивающего блока, а второй," между датчиком напряжения нулевой последовательности и вторым входом фазосравнивающего блока, при этом избирательный детектор выполнен на двухполупериодном выпрямителе со сглаживающим конденсатором на выходе, к которому подключен мост с тиристорами в двух смежных плечах, вдругие смежные плечи которого вкпючены резисторы, причем управляюциеэлектроды тиристоров зашунтированы встречно включенными диодами и подключены к первому гальванически развязанному выходу усилителя низкойчастоты, соединенного своим входомс датчиком тока нулевой последовательности, а вход двухполупериодноговыпрямителя подключен ко второмугальванически развязанному выходуусилителя низкой частоты, нри этомкаждый детектор максимального сигнала выполнен в виде двух параллельных цепочек, каждая из которых состоит из диода, включенного последовательно с конденсатором, зашунтированным резистором, при этом вход перво го указанного детектора зашунтированвстречно-включенными диодами.На фиг. 1 дана блок-схема устройства; на фиг. 2 приведена осциллограмма токов и напряжения нулевой 25 последовательности; на фиг. 3 - электрическая схема устройства.Устройство содержит датчик 1 токанулевой последовательности ДТНН, ккоторому подключены последовательносоединенные избирательный детектор2 и первый детектор 3 максимального.сигнала, выход которого подключен кпервому входу фазосравниваюцего блока 4, ко второму входу которого черезЗ : второй детектор 5 максимального сигнала подключен датчик 6 напряжениянулевой последовательности (ДННН).Электрическая схема устройства содержит усилитель 7 низкой частоты сдвумя гальванически развязанными вы 40 ходами 8 и 9, диоды 10, 11, избирательный детектор 2 содержит тиристоры 12, 13, резисторы 14, 15, двухпо-.лупериодный выпрямитель 16 и конден"сатор 17, первый детектор максималь 45 ного сигнала содержит диоды 18, 19,конденсаторы 20, 21, резисторы 22,23, второй детектор максимальногосигнала содержит диоды 24, 25, конденсаторы 26, 27, резисторы 28, 29.щ Устройство работает следующим образом,При отсутствии повреждения в сетина выходе ДТНПсигнал отсутствует, вследствие чего отсутствуют напряжения на выходах Э и 9 и конденсаторе 17, Оба тиристора 12 и 13 закрыты, а между точкдми Ь и й напряжение отсутствует, так как отсутствует напряжение и на ДННП, вследствие чего исполнительный орган 30 обесточен.40 При возникновении перемежаюцегося дугового замыкания на землю ток нулевой последовательности (фиг,2) представляет разнополярный сигнал с иэменяющейся амплитудой. Усиленный уси 5 лителем 7 ток нулевой последовательности выпрямляется двухполупериодным выпрямителем 16 и сглаженный конденсатором 17 прикладывается к тиристорам 7 и 8, Одновременно первый полупериод усиленного тока нулевой последовательности через диод 10 или 11 открывает один из тирксторов 12 или 13, в результате чего между точкамн 5 и г моста появляется напряжение, которое существует до тех пор, пока второй полупериод обратной по.лярности не откроет другой тиристор. Выбором определенной величины емкости конденсатора 17 и сопротивления резисторов 14 и 15 добиваются того, что открывшийся первым тирисеор при изменении полярности усиленноготока не запирается, а остается открытым. Оба тиристора остаются открытыми в течение всего остального промежутка временй существовании раэнополярного сигнала. Затем, когда наступает пауза между указанными сигнала-.мн, конденсатор успевает разрядиться,вследствие чего оба тиристора запираются. При появлении нового сигна-, ла тока нулевой последовательности процесс повторяется, а между тока" ми Ь -2 моста вновь появляется импульс, полярность которого в поврежденном ответвлении совпадает с поГлярностью первого импульса всигнале. Таким образом, после избирательного детектирования вместо раэнополярного сигнала появляется один, полярность которого совпадает с полярностью первого импульса в снгнале,а частота следования импульсов совпадает с частотой следования сигналов. В блоке 4 сравниваются направления избирательно детектированных импульсов с более продолжительными полупериодами напряжения нулевой последовательности, частота которого остается близкой к 50 Гц, в результате чего на выходе блоха 4 появляется или отсутствует результирующий сигнал в зависимости от того, имеется или отсутствует повреждение в защищаемом ответвлении, который и управляет исполнительным органом 30. Бла" годаря такому построению схемы предлагаемое техническое решение с точ" ки зрения селектнвности обнаружения перемежающихся дуговых замыканий иа землю имеет явные преимущества, которые имеют место к при непосредственном соединении входа фазосравнк" вающего блока (ФСБ) 4 с точками Ь имоста, с одной стороны, к выхода ФСБ - 4 с ДННП. Но это имеет место до тех пор, пока в прямоугольных им- пульсах напряжения нулевой последовательности не появляются новые ступени (см. фиг. 2), одновременно с ко"торыми появляются дополнительные км" пульсы тока нулевой последовательчостн, напряжение которых не связано10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Следовательно детектор, собранный на последовательно соединенных диодах и конденсаторе, зашунтированном резистором, укорачивает импульсы, поступающие на ФСБ, благодаря чему прн снижении импульса относительно максимума илк появлении отрицательной ступеньки в импульсах напряжения нулевой последовательности сравнения направлений не происходит,Таким образом, изобретение обладает важным преимуществом, а именно, позволяет значительно повысить селек- тивностЬ .обнаружения перемежающихся дуговых замыканий на землю и тем самьм снизить простои электрооборудования и повысить электробезопасность. 65 с местом повреждения кабеля. В результате блок 4 может выдавать ложную информацию. Чтобы исключить это предложенное устройство дополняют це" почками, выполненными на диоде 18 (19, 24, 25) к конденсаторе 20 (21, 26, и 27), эашунтированном резистором 22 (23, 28, 29) и парой встречно соединенных диодов 31 и 32, подключенных к выходной диагонали моста.Этк цепочки работают следующим образом.При появлении импульса, открывающего первым тиристор 12, на резисторе 14 появляется напряжение, которое на вход ФСВ попадает по цепи: резистор 15, диод 32, вход ФСБ, конденсатор 20, диод 18. Если же первым открывается тиристор 13, то напряжение, приложенное к резистору 15, попадает на вход ФСБпо иной цепи: резистор 14, диод 31, вход ФСБ, конденсатор 21, диод 19, При замыкании тока по верхней либо нижней цепи конденсаторы 20 и 21 заряжаются. Процесс заряда длится до момента наступления максимума. Затем, когда напряжение между точками Ь и . относительно максимума начинает снижаться напряжение, до которого зарядился конденсатор, оказывается большим, Диод поэтому запирает" ся и на вход ФСБпоследующая часть сигнала, вырабатываемая избирательным детектором, не поступает - поступившей на вход ФСБоказывается лишь предшествующая эапиранню диода часть сигнала. Через примерно 10 мс процесс повторяется но уже в противоположной цепи. Разрядное сопротивление резистора 22 (23, 28, 29) выбрано таким, чтобы конденсатор примерно через 10 мс успел разрядиться. Поэтому при появлении на диагонали Ьмоста нового импульса на вход ФСБпроходит новый преобразовательный импульс. Аналогичные процессы происходят и в цепи, соединяющей ДННП 6 с выходом ФСБ- в цепях диодов 24 и 25.формула изобретения 1. Устройство для контроля замыкания на землю в сети с изолированнойнейтралью, содержащее датчики токаи напряжения нулевой последовательности, связанные с соответствующимивходами фазосравнивающего блока,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения селективности обнаружения перемежающегося дугового замыкания, оно снабжено избирательным "деТектором, осуществляющим преобразование каждого разнополярного сигнала с изменяющейся амплитудой в однополярный импульс, совпадающий с полярностью первого импульса в упомянутом сигнале и подключенным своимвходом к датчику тока нулевой последовательности, а выходом связан спервым входом фазосравнивающего блока, 202. Устройство по п. 1, о т л ича ю ц"е е с я .тем, что оно снабженодвумя детекторами максимального"сигнала, один иэ которых включенмежду выходом избирательного детектора и входом фаэосравнивающего блока, а второй - между датчиком напряжения нулевой последовательности ивторым входом фазосравнивающего блока. 303. Устройство по п. 1, о т л и -ч аю щ е е с я тем, что избирательный детектор выполнен на двухпо-лупериодном выпрямителе со сглаживающим конденсатором на выходе, ккоторому подключен мост, с тиристорами в двух смежных плечах, в другиесмежные плечи которого включены резисторы, при этом управляющие электроды тиристоров зашунтированы встречно-включенньии диодами и подключенные к первому гальванически развязанному выходу усилителя низкой частоты,соединенного своим входом с датчикомтока нулевой последовательности, авход двухполупериодного выпрямителяподключен ко второму гальваническиразвязанному выходу усилителя низкойчастоты,4, Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый детектор максимального сигнала выполненв виде двух параллельных цепочек,каждая .из которых состоит из диода,включенного последовательно с конденсатором, зашунтированным резистором,при этом вход первого. укаэанного детектора зашунтирован встречно включенными диодами. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР В 213150, кл. Н 02 Н 3/16, 1965. 2. Авторское свидетельство СССР 9 172898, кл. Н 02 Н 3/16, 1963.748296 30/32 Тираж 1019 Подпис ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений ы открытый 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д.