Устройство для определения режима электрической сети

; Н 02 Н 3/24; Н 02 Н 5/1 НИ У ОРСКОМУ СВИ ское свид л. Н 02 Н оГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОИ СЕТИ, содержащее подключаемые соответственно к датчикам напряжений фаз сети относительно земли и к датчику напряжения нейтрали сети четыре преобразователя переменного напряжения в логический сигнал с заданными уставками по напряжению, три логических элемента И, первые входы которых соединены с инверсными выходами преобразователей переменного напряжения в логический сигнал одноименных фаз, а вторые и третьи входы - с прямыми выходами преобразователей переменного напряжения со ответственно опережающей и отстающей фаз, три ключа, основной вход каждого из которых подключен к датчику напряжения соответствующей фазы относительно земли управляющий вход - к выходу логического элемента И одноименной фазы, а выходы всех ключей соединены с измерительным при-бором, и логический элемент ИЛИ, отличаю-щееся тем, что, с целью расширения функ-, циональных возможностей путем выделения металлического однофазного замыкания на . землю, неполнофазного режима и обрыва фазы, в него введены подключенный к пря- мому выходу логического элемента ИЛИ первый блок выдержки времени, выход которого соединен с четвертыми входами первых трех логических элементов И, послед 801050031 А вательно соединенные подключенный к четвертому преобразователю переменного напряжения в логический сигнал второй блок выдержки времени и логический элемент, реализующий функцию равнозначности, второй вход которого соединен с прямым выходом логического элемента ИЛИ, последовательно соединенные подключенный к выходам ключей фильтр основной частоты и пятый преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с заданной уставкой по напряжению, а также шесть дополнительных логических элементов И и пять исполнительных элементов, причем три , входа логического элемента ИЛИ подсоединены соответственно к инверсным выходам первых трех преобразователей переменного напряжения, первый вход четвертого логи- аФ ческого элемента И соединен с прямым выходом логического элемента ИЛИ, второйвход - с инверсным выходом пятого преобразователя переменного напряжения, а инверсный выход - с первым входом пятого логического элемента И, второй вход кото- д рого соединен с прямым выходом логического элемента, реализующего функцию равнозначности, первый вход шестого логического элемента И подключен к выходу пятого логического элемента И, второй вход - к ин) версному выходу пятого преобразователя ЯГОЙ переменного напряжения, а выход - к первому исполнительному элементу, второй исполнительный элемент подключен к прямому выходу пятого преобразователя переменного М напряжения первый вход седьмого логичес- апай кого элемента И подключен к прямому выходу четвертого логического элемента И, второй вход - к выходу второго блока выдержки времени, а выход - к третьему исполни-,фЬ тельному элементу, первый вход восьмого логического элемента И подключен к инверсному выходу логического элемента ИЛИ, второй вход - к выходу четвертого преобразователя переменного напряжения, а выход - к четвертому исполнительному элементу, первый вход девятого логического40 45 элемента И подключен к прямому выходу логического элемента ИЛИ, второй вход - к инверсному выходу логического элемента,Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электрических сетей, и может быть использовано для индикации режимов электрической сети, а также в устройствах автоматической компенсации тока однофазного замыкания на землю, в устройствах автоматического шунтирования поврежденной фазы и в устройствах защиты электрических сетей.Известно устройство для определения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, органы максимального напряжения, логические элементы И 1.К недостаткам этого устройства относится то, что оно не различает й реагирует на режим металлического замыкания на землю и несимметричные режимы, возникающие в электрической сети,Известно устройство для защиты от несимметричного режима электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее подключенные к каждой из фаз сети и нейтрали сети преобразователи переменного напряжения в логический сигнал, три логических элемента И, логический элемент ИЛИ и логический элемент, реализующий функцию равнозначности 2Однако данное устройство также не выявляет режим металлического однофазного замыкания на землю и не выделяет начальный период однофазного замыкания на землю с целью отстройки от него и исключения ложной информации, которая может появляться в этот период.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю, содержащее подключенные соответственно на напряжение фаз сети по отношению к земле и напряжение нейтрали четыре блока измерения напряжения, три логических элемента И, входы каждого из них соединены соответственно с выходами всех четырех блоков измерения напряжения, три ключа, основной вход каждого из них подключен на напряжение относительно земли своей фазы, управляющий вход соединен с логическим элементом И реализующего функцию равнозначности, авыход - к пятому исполнительному элементу. той же фазы, а выход - со своим входом сумматора, а также логический элемент ИЛИ и исполнительный орган 3.Недостаток известного устройства заключающийся в том, что оно не выявляет режим металлического однофазного замыкания на землю и несимметричные режимы.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем выделения металлического однофазного замыкания на землю, неполнофазного режима и обрыва фазы. Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для определения режима электрической сети, содержащее подключаемые соответственно к датчикам напряжений фаз сети относительно земли и к датчику напряжения нейтрали сети четыре преобразователя переменного напряжения в логический сигнал с заданными уставками по напряжению, три логических элемена И, первые входы которых соединены с инверсными выходами преобразователей переменного напряжения в логический сигнал одноименных фаз, а вторые и третьи входы - с прямыми 5 выходами преобразователей переменного напряжения соответственно опережающей и отстающей фаз, три ключа, основной вход каждого из которых подключен к датчику напряжения соответствующей фазы относительно земли, управляющий вход - к выходу логического элемента И одноименной фазы, а выходы всех ключей соединены с измерительным прибором, и логический элемент ИЛИ, введены подключенный к прямому выходу логического элемента ИЛИ первый блок выдержки времени, выход которого соединен с четвертыми входами первых трех логических элементов И, последовательно соединенные подключенный к четвертому преобразователю переменного напряжения в логический сигнал второй блок выдержки времени и логический элемент, реализующий функцию равнозначности, второй вход которого соединен с прямым выходом логического элемента ИЛИ, последовательно соединенные подключенный к выходам ключей фильтр основной частоты и пятый преобразователь переменного напряжения в логический сигнал с заданной уставкой по напряжению, а также шесть дополнительных логических элементов И и пять испол1050031 30 45 знительных элементов, причем три входа логического элемента ИЛИ подсоединены соответственно к инверсным выходам первых трех преобразователей переменного напряжения, первый вход четвертого логического элемента И соединен с прямым выходом логического элемента ИЛИ, второй вход - с инверсным выходом пятого преразователя переменного напряжения, а инверсный выход - с первым входом пятого логического элемента И, второй вход которого соединен 1 О с прямым выходом логического элемента, реализующего функцию равнозначности, первый вход шестого логического элемента И подключен к выходу пятого логического элемента И, второй вход - к инверсному выходу пятого преобразователя переменного 15 напряжения, а выход - к первому исполнительному элементу, второй исполнительный элемент подключен к прямому выходу пятого преобразователя переменного напряжения, первый вход седьмого логического элемента И подключен к прямому выходу четвертого логического элемента И, второй вход - к выходу второго блока выдержки времени, а выход - к третьему исполнительному элементу, первый вход восьмого логического элемента И подключен к инверсному выходу 25 логического элемента ИЛИ, второй вход - к выходу четвертого преобразователя переменного напряжения, а выход - к четвертому исполнительному элементу, первый вход девятого логического элемента И подключен к прямому выходу логического элемента ИЛИ, второй вход - к инверсному выходу логического элемента, реализующего функцию равнозначности, а выход - к пятому исполнительному элементу.В практических схемах выходные сигна- З лы ключей могут подаваться на сумматор с тремя входами, реализуемый, например, на суммирующем усилителе. В качестве исполнительных элементов могут быть приняты индикаторы реле.На фиг. 1 приведена функциональная 40 схема устройства; на фиг. 2 - стилизованная диаграмма напряжений. Схема устройства включает преобразователи 1 - 3 переменногонапряжения в логический.сигнал с уставкой по напряжению, ключи 4 - 6 преобразователь 7 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряженно, логические элементы И 8 - 10 логический элемент ИЛИ 11, блок 12 выдержки времени, измерительный прибор 13, блок 14 выдержки времени, логический элемент 15: реализующий функцию равнозначности, фильтр 16 основной частоты, преобразователь 17 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению, логические элементы И 18 - 20, исполнительные элементы 21, 22, логический элемент И 23, исполнительный элемент 24; логический элемент И 25, исполнительный элемент 26, логический элемент 4 27, исполните,: ный элемент "О.11 апряжения фаз сети относительно зем. ли подают я на преобразователи 1 - 3 переменного напряжения в логический сигнал, на основные входы ключей 4 - 6, а напряжение нейтрали подается на преобразователь 7. Преобразователи 1;3 имеют уставку по напряжению 0,05 - 0,2 1)ч, а преобразователь 7 - уставку 0,3 1.)ф Если входные напряжения преобразователей меньше напряжения уставки, их выходные сигналы равны логическому нулю, при превышении уставки - логической единице. Выбранные уста вки обеспечивают изменение выходного сигнала одного из преобразователей 1, 2 и 3 только при возникновеш 1 и в электрической сети однофазного замыкания на землю или исчезновения напряжения на одной из фаз, а на выходе преобразователя 7 - при лю. бом соответствуюгцем повышении напряжения на нейтрали.Сигналы Г с инверсных выходов преобразователей 1 - 3, подаются на входы логических элементов И одноименных фаз (соответственно 8 в 1 О) и на входы логического элемента ИЛИ 11, а сигналы Г с прямых выходов - на логические элементы И отстающей и опережающей фаз. Такая схема соединений в нормальном режиме работы электрической сети обеспечивает запрет логических элементов И от преобразователей одноименных фаз, а при возникновении однофазного замыкания на землю или потере напряжения на фазе (обрыве фазы) - разрешение для логического элемента И поврежденной фазы и подтверждение запрета для логических элементов И здоровых фаз.В нормальном режиме (НР) сигнал Л (фиг. 2) на выходе логического элемента ИЛИ 1 равен логическому нулю, а при возникновении однофазного замыкания на землю (033) или обрыва фазы (ОФ), сразу становится равным логической единице: Для отстройки от апериодической составляющей тока замыкания на землю используется блок 12 выдержки времени, который обеспечивает задержку сигнала Х на время 11, равное 0,2 - 0,5 с. Когда сигнал Х становится равным логической единице, снимается запрет на четвертом входе логического элемента И поврежденной фазы и на его выходе появляется сигнал Р, открывающий соответствующий ключ, благодаря чему на выходе этого ключа появляется напряжение поврежденной фазы Бз в аналоговой форме, которое фиксируется измерительным прибором 13. Выходной сигнал И преобразователя 7 в нормальном режиме (НР) равен логическому нулю, а при однофазном замыкании на землю (033) или неполнофазных режимах электрической сети (НПФР) - логической10500315единице. Для отстройки от переходных процессов после ликвидации однофазного замыкания на землю введена выдержка време- п ни 1 т = 0,5 - 1 с, создаваемая блоком 14 вы- п держки времени, Сигналы 2 и Х подаются н на входы логического элемента 15, реализу-л ющего функцию равнозначности, т.е. его выходной сигнал Е равен логической едини- и це, когда оба его входных сигнала равнознач- в ны (оба равны логической единице или ло- в гическому нулю), и равен логическому нулю, 1 и д когда один из сигналов равен логической в единице, а второй - логическому нулю, нТаким образом, сигнал Е равен логичес- п кому нулю сразу после ликвидации одно- н фазного замыкания на землю в течение вре- ч мени 1, при неполнофазных режимах и об в рывах фазы.в При возникновении металлического однофазного замыкания на землю (МОЗЗ) остаточное напряжение на поврежденной фазе (аз становится близким к нулю, что приводит к искажению информации об этом напряжении, Это может обусловить ложную работу автоматических устройств. Для выявления указанного режима напряжение 11. поступает на фильтр 16 основной частоты, 2 который задерживает высшие гармоники и пропускает на вход преобразователя 17 переменного напряжения в логический сигнал с уставкой по напряжению только напряжение замыкания Ц основной гармоники. Преобразователь 17 имеет уставку по на- ЗО пряжению 0;1 - 0,5/о уф. Выходной сигнал М преобразователя 17 равен логической единице только при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ),через переходное сопротивление, когда 11 0,1 - 0,5/ 1.1 ср, во всех остальных случаях - логическому нулю. Длявыделения сигнала К при металлическом замыкании на землю и обрыве фазы используется логический элемент И 18, на первый вход которого подается сигнал Х, а на второй сигнал М с инверсного выхода преоб о разователя 17.Для получения сигнала Р, несущего информацию о появлении металлического замыкания на землю (МОЗЗ), ликвидации замывкания на землю, неполнофазных режимах (НПФР) и обрывах фазы (ОФ), исользуется логический элемент И 19, на ервый вход которого подается сигнал Е, а а второй - сигнал К с инверсного выхода огического элемента И 18.К инверсному выходу преобразователя 17логическому элементу И 19 подключены ходы логического элемента И 20. На одинlход последнего поступает сигнал М, а на ругой - сигнал Р. На выходе элемента 20 ыявляется сигнал (логическая единица) о ормальном режиме сети и поступает на ервый исполнительный элемент 21. Сигал М об однофазном замыкании на землю ерез сопротивление появляется на прямом ыходе преобразователя 17 и поступает на торой исполнительный элемент 22, К прямому выходу логического элемента И 18 и к выходу блока 14 выдержки времени подключены входы логического элемента И 23. На один вход последнего поступает сигнал К, на другой - сигнал И, а на выходе выявляется сигнал о металлическом однофазном замыкании на землю, который подается на третий исполнительный элемент 24.К инверсному выходу логического элемента ИЛИ 11 и к выходу преобразователя 7 подключены входы логического элемента И 25. На один вход его поступает сигнал У., на второй - сигнал И, а на выходе выявляется сигнал о неполнофазном режиме, и подается на четвертый исполнительный элемент 26. К прямому выходу логического элемента ИЛИ 11 и к инверсному выходу логического элемента 15, реализующего функцию равнозначности, подключены входы логического элемента И 27. На один вход его поступает сигнал 2, на другой - сигнал Е, а на выходе выявляется сигнал об обрыве фазы и подается на пятый исполнительный элемент 28.Предложенное устройство позволит повысить достоверность информации о состоянии электрической сети, обусловит правильную работу систем автоматического регулирования, благодаря чему будет обеспечено улучшение переходных процессов в электрической сети и повышение ее надежности.050031 фиг.Г СоставнтелТехред И. ВеТираж 67ПИ Государственногоделам изобретенийМосква, Ж - 35, РауП Патент, г. Ужго Л. Васьковарес КорПодкомитета СССи открытийшская наб д.од, ул. Проект едактор А.Шандораказ 8445/52ВНИИ ектор О. Тнгорисное 3035,филиал ПП