Устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. Н 02 Н 3/17 с присоединением заявкиГееударатееннме кфмнтет СССР(23) Приоритет Опубликовано 15,03,83. Бюллетень10Дата опубликования описания 15,03,83 вв делам нзебретеннй н еткрцтнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для осуществления зашиты ог замыканий на землю и непрерывного контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования элекг 5 роустановок с большим числом присоединений в сетях с изолированной нейгралью, например собственных нужд 6-10 кВ блочных электростанций, распределительных устройств генераторного напряжения со сборными шинами, потребителей 6-10 кВ понизительных подстанций и т. п.Известно устройство для защиты статора синхронного генератора, работающего в блохе с трансформатором, от замыканий на корпус, работа которого основана на принципе наложения постоянного контрольного напряжения. Устройство име ет стопроцентную зону защитыи позволяет количественно по показаниям 20 измерительного прибора, включенного последовательно с источником постоянного тока, оценить суммагорную величину сопротивления изоляции обмотки сгагора генератора, обмоток генера торного напряжения блочного трансформатора, трансформатора собственных нужд, измерительныхтрансформаторов напряжения, гокопрово.дов генераторного напряжения1,Недостатком этого устройства является неселекгивность, а именно, невозможность определения, в каком именно из контролируемых присоединений произошло замыкание на землю (в статоре генератора, в трансформаторе нанряження, в трансформаторе собственных нужд или в блочном трансформаторе), невозможность также по отдельности для каждого из щжсоединений количественно оценить состояние изоляции.Известно также устройство содержащее трансформатор тока со встроенным в сердечник датчиком Холла для управления и измерительным прибором. При подключении исполнительного органа устройство позволяет осуществить функцию защиты 2,3 10052Однако это устройство не позволяетконтролировать качество изоляции в процессе эксплуатации того или иного присоединения защищаемой сети, в частностиабсорбционные характеристики.Белью изобретения является расширениефункциональных возможностей путем контроля абсорбционных характеристик сопротивлений.Поставленная дель. достигается тем,что в устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока,содержащее источник постоянного тока,подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обмоткой трансформатора напряжения междуземлей и фазами защищаемой сети, измерительный прибор, а также на каждомконтролируемом присоединении сети транс-оформатор тока нулевой последовательности,вторичная обмотка которого подключенак исполнительному органу, причем в магнитопровод трансформатора тока нулевойпоследовательности встроен датчик Холла, 5токовый выход которого через регулировочный резистор подключен к источникууправляющего тока, а потенциальный выход - к усилителю, введены блок фильтрации постоянной составляющей, блок квантования тока поуровню, а также счетчик и сигнальные элементы, число которых определяется числом уровней кван.тования, причем вход блока фильтрациипостоянной составляющей подключен квыходу усилителя, а выход - к измеритель.15ному прибору и входу блока квантованиятока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к входам сигнальныхэлементов, а счетные - к входам счетчиков,При атом блок квантования тока поуровню содержит входные пороговые элементы для каждого уровня квантования,выходы которых подключены к сигнальным выходам блока квантования тока поуровню, и логические элементы И, укаждого из которых первый вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй - к выходу соответствующеговходного порогового элемента, а выход - 5 Ок счетному выходу блока квантования тока по уровню, причем третий вход каждого, кроме первого, логического элемента И через логический элемент НЕ подключен к выходу смежного входного порогового элемента.При атом блок фильтрации постоянной составляющей содержит дополнитель 36 4ную вторичную обмотку трансформатора тока нулевой последовательности, подключенную через дополнительный усилитель и фазовращатель к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу основцого усилителя, а выход сумматора подключен к частотному фильтру постоянной составляющей.На фиг, 1 приведен один из возможных вариантов выполнения устройства; на фиг. 2 - вариант выполнения блока. фильтрации.Источник 1 постоянного тока разделительным дросселем 2 и конденсатором 3 подключен между землей и нейтралью первичной обмотки трансформатора напряжения 4, От системы сборных шин 5 питаются все присоединения,На фиг, 1 показа но только одно присоединение - электродвигатель 6, подключенный через выключатель 7. Все три фазы двигателя 6 охвачены магнитопроводом 8 трансформатора тока нулевой последовательности (дан в разрезе) со вторичной обмоткой 9, к которой подключен исполнительный орган 10 сигнализации замыкания на землю. В магнитопроводе 8 размещен датчик Холла 11, токовые выводы которого через резистор подключены к источнику управ%ляюшего тока (1 ч ) 12, Потенциальные выводы датчика Холла через усилитель 13 и блок фильтрации 14 постоянной составляющей подключены ко входу блока квантования 15 тока по уровню и измерительному прибору 16, проградуированному в единицах сопротивления,. К сигнальным выходам блока квантования 15 пс- ключены сигнальные (или отключающие) элементы 17-20, а к счетным - счетчик 21-24, На фиг. 1 раскрыт один из возможных вариантов реализации блока квантования 15, содержащий пороговые элементы 25-28 с различными напряжениями срабатывания, логические элементы НЕ 29-31 и И 32-35, генератор тактовых импульсов 36,Устройство работает следующим образом.Магнитный поток . замыкающий по магнитопроводу 8 содержит две составляющие; переменную частотой 50 Гц и постоянную, определяемую постоянным током утечки через изоляцию присоединения от источника 1 постоянного контрольного напряжения. Соответственно, на потенциальных выводах датчика Холла 11 появляется напряжение, содержащее две составляющие:переменную частотой 50 Гц и постоянную, которая пропорциональна ин5 10052дукции постоянного магнитного гока,Для подавления переменной сосгавляющейна выходе датчик Холла служит фильтр14, на выходе которого напряжение опре-.деляется только индукцией постоянногомагнитного потока, т. е,в конечном итоге, постоянным,током утечки через изоляцию присоединения. Измерительный прибор 16 (вольтметр) при посгоянстве нап,ряжения источника 1 (он может быть 1 овыполнен стабилизированным) проградуирован в единицах сопротивления, г. е,показания измерительного прибора 16чозволяюг количественно судить о текущем значении величины сопротивления 15изоляции каждого из присоединений поотдельности. При этом осуществляетсянепрерывный контроль. Пороговые элементы 25-28 имеют различные напряжения срабатывания, От элемента 25 к 20элементу 28 напряжения срабатыванияуменьшаются. К выходам пороговыхэлементов 25-28 подключены сигнальные (или отключающие) элементы 1720, каждый из которых фиксирует дости- ЪЬжение величиной сопротивления изоляцииустановленного уровня, Таким образом,с помощью сигнальных элементов 17-20осуществляется более грубый (ступенчатый) контроль сопротивления изоля- ЗОпии по заранее установленным уровням.Для контроля времени работы каждогоиз присоединений с тем или иным уровнемсопротивления изоляции, г, е, для форми-рования гистограмм по величине сопротивления изоляции, служат логическиеэлементы НЕ 29-31 и И 32-35, генератор тактовых импульсов 36 и счетчики21-24,Гистограммы формируются следующимобразом. Пусть, например, сопротивлениеизоляции присоединения относительно великои сработал только один пороговой элемент28, что привело к появлению сигнала на одном входе логического элемента И 35.На другом входе логического элементаИ 35 также присутствует сигнал с выхода логического элемента НЕ 31, поскольку пороговый элемент 27 не сработал привыбранном для примера значении сопротивления изоляции. Как только генератор тактовых импульсов 36 подаст тактовый сигнал на третий вход логического элементаИ 35, появится сигнал на выходе логического элемента И 35 и счетчик 24 сработает и зафиксирует первый интервал времени работы присоединения с соответствующим уровнем сопротивления изоляции;Если далее сопротивление изоляции при 36 бсоупения в процессе эксплуагапии неменяется, го счетчик 24 каждый раэ споявлением, тактового импульса срабатывает и его показания будут пропорциональны времени работы присоединения ссоответствующим уровнем сопротивленияизот. Интервал времени между импульсами может бысть выбран при необходимости любым (ог секунд до минут йчасов).Если же в процессе эксплуатациисопротивление изоляции уменьшится, т. е.например, кроме порогового элемента 28срабатыввег еще пороговый элемент 27,то нв выходе логического элемента И 35сигнал исчезает и счетчик 24 далее работать не будет, в счетчик 23 начнетфиксировать время работы присоединенияс новым уровнем сопротивления изоляции,Помимо защиты от замыканий на зем- .лю, контроля эа текущим значением сопротивления изоляции, формирования гистограмм по величине сопротивления устройсво позволяет также получить коэффициентабсорбции, Действительно, для каждогоиэ контролируемых присоединений можнопо измерительному прибору 16 определитьвеличины сопротивления изоляции через15 и 60 с после подачи нвцряження источником 1, Отношение этих замеров,как известно, дает коэффициент абсорбции,В некоторых случаях оказываетсянеобходимым дополнительно уменьшитьуровень переменной составляющей нввходе пороговых элементов 25-28. Сэтой целью (фиг. 2) на магнитопроводе8 трансформатора тока нулевой последовательности размещена дополнительнаяобмотка 37 связанная через чополнительный усйлигель 38 и фаэоврвшатель39 с одним из входов сумматора 4 О.Нв другой вход сумматора 40 подан сигнал с потенциальных выводов датчикаХолла 11 через усилитель 13. Выходсумматора 40 подключен к входу частотного фильтра 41 постоянной составляющей, В остальном структурнря схемааналогична устройству на фиг. 1.Особенность работы устройства нафиг. 2 заключается в следующем.Переменная составляющая на входе датчика Холла 11 совпадает по фазе с век"тором индукции переменной составляющеймагнитного потока, пиркулирующего в мвгнитопроводе 8, а ЭДС на зажимай дополнительной обмотки 37 сдвинута относительно гого же вектора индукпии на 90офаэоповоротное устройство 39 дополни6 8ния пофазного контроля и защиты высоковольтного оборудования, что дает обслуживающему персоналу возможность для более полной и достоверной оценки состояния изоляции и анализа причин изменения свойств изоляции.Дополнительное преимущество заключается в том, что ограничение перенапряжений в целях защиты путем использования резистора вместо разделительного конденсатора в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа не связано с эагрублением контроля и защиты. Применение резистора повышает в целом надежность устройства поскольку повреждаемость резистора меньше, чем конденсатора,7 100523 1, Устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока, содержащее источник постоянного тока, подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обмоткой трансформатора напряжения между землей и фазами защищаемой сети, измерительный прибор, а также на каждом контролируемом присоединении сети трансформатор тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого подключена к исполнительному органу, причем в магнитопровод трансформатора тока нулевой последовательности встроен датчик Холла, токовый выход которого через регулировочный резистор подключен к источнику управляющего тока, а потенциальный выход - к усилитепю, о т л и ч а ю ш е - е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем контроля абсорбпионных характеристик сопротивлений, в него введены блок фильтрации постоянной составляющей, блок квантомния тока по уровню, а также счетчики и сигнальные элементы, число которых определяется числом уровней квантования, причем вход блока фильтрации постоянной составляющей подключен к выходу усилителя, а выход - к измерительному прибору.и входу блока квантования тока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к входам сигнальных элементов а.счетные - к входам счетчиков.2, Устройство по и. 1, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что блок квантования тока по уровщо содержит входные элемщты для каждогоуровня квантования, выходы которых подключены к сигнальным выхотельно меняет фазу сигнала на зажимахдополнительной обмотки еще на 90 так-что сигналы на выходах фазоповоротного, устройства 39 и усилителя 13 находятсяв противофазе, т. е. на выходе сумматора40 оба этих переменных напряжения взаимно компенсируются. Переменная сос 1,тавляющая, подводимая ко входу фильтра41 значительно уменьшается,В част,ном случае, в устройстве на 10фиг. 2 может оказаться возможным отказаться от дополнительной обмотки 37,а вход дополнительного усилителя 38при этом подключается к основной обмот1ке 9 параллельно реле 10, что упростит 15устройство. Однако при этом угол поворота, осуществляемый фазоповоротнымустройством 39, отличен от 90 О, Здесьследует учесть наличие угла сдвига фазмежду ЭДС обмотки 9 и напряжением на 20ее зажимах, который определяется величиной и характером нагрузки обмотки9, значением тока нулевой последователь-ности, параметрами трансформатора тока.Поскольку величина этого угла может ме. няться в некоторых пределах, невозможнодобиться той же полной компенсации переменной составляющей во всех режимах,как в устройстве на фиг. 2,Возможен вариант выполнения устройстЗОва, который отличается от предьщущихтем, что позволяет осуществить пофазный контроль состояния изоляции и пофазную защиту от замыканий на землю. Сэтой целью выводы начала и конца фазыконтролируемого высоковольтного оборудования, например фазной обмотки электродвигателя 6, пропускают через окномагнитопровода 8 трансформатора токас датчиком Холла. В этом случае намагни.Очивающим постоянным током для магнитопровода 8 является разность токов вначале и конце обмотки, т. е. постоянныйток утечки через изоляцию фазы, что иобеспечивает возможность осуществленияпофазного контроля.В устройстве реализуется расширениефункциональных воэможностей контроля,поскольку имеется возможность не только контролировать величину сопротивления изоляции, но также получать абсорбпионные характеристики изоляции каждого отдельного присоединения и формировать гистограммы по величине сопротивления, что в целом дает более полнуюи достоверную оценку состояния изоляции 55по сравнению с прототипом.Использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность осуществлеформула изобретения9 - 4.005236 10дам блока квантования тока по уровню, подключенную через дополнительный усни логические элементы И, у каждого из лнтель и фазоврашатель к первому входу которых первый вход. подключен к выходу . сумматора, второй вход которого подклюгенератора тактовых импульсов, второй- чен к выходу основного усилителя, а к выходу соответствующего входного по-.выход сумматора подключен к частотно- рогового элемента, а выход - к счетно- му фильтру постоянной составляющей, му выходу блока квантования по уровню, Источники информации,причем третий вход каждого, кроме пер- принятые во внимание при экспертизе вого, логического элемента И через ло. Авторское свидетельство СССР гический элемент НЕ подключен к выходу 30279758, кл, Н 02 Н 7/06, 1970. смежного входного элемента. 2. Меерович Э. А, Андреевская Л. И.3, Устройство по п. 1, о т л и ч а - Объедков А. И, Малоинерпионный измею ш е е с я тем, что блок фильтрации ритеть больших постоянных токов систе-постоянной составляющей содержит допол- мы ЭНИН им, Г. М. Кржижановского, нительную вторичную обмотку трансформа Электричество, % 1, 1979, с. 64- тора тока нулевой последовательности 66.тавитель Юхред Т,фант едактор М. Петрова д, 4/ ППП Патент, г ород, ул. Проектная, 4 аз 1919/73 Тираж 615 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и 113035, Москва, Ж 35, Рауа