Устройство для селективной сигнализации ненормальных режимов в сети с изолированной нейтралью

(19 (111 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3(51) Н 02 Н 3/161 Н 02 Н 3 24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛ М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее подключенные кконтролируемой сети через трехфазный преобразователь напряжения триизмерительных элемента Фазных напряжений и блок выявления смещениянейтрали выход которого функцио . . замыкающих контакто Внально ввязан с входом первого порогового органа, подключенногосвоим выходом ко. входу первого выходного элемента, выход которого ивыходы трех измерительных элементов фазных напряжений подключены ксоответствующим входам блока сигнализации, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыщения надежности электроснабжения потребителей путем выявления обрыва проводов с одновременным замыканием на землю со стороны потребителя, в него дополнительно введены делитель напряжения, формирователь импульсов, коммутатор, диф-ференциатор, второй пороговый орган,второй выходной элемент и элементблокировки, при этом делитель напряжения и Формирователь импульсов(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П.Горячкина(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 815833, кл. Н 02 Н 3/24, 19812. Волотковский С.А. и др.Электрификация открытых горных работ. М Недра, 1972, с,368 (прототип)подключены своими входами к: выходублока выявления смещения нейтрали,а выходы формирователя импульсов иделителя напряжения соединены с коммутатором, который, в свою очередь,своим выходом подключен к входудифференциатора, выход которого соединен с входами пороговых органов,причем выход второго порогового органа через последовательно соединенные элемент блокировки и второйвыходной элемент подключен к дополнительному входу блока сигнализации,2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок сигнализации выполнен из трех цепей, причем цепь сигна:изации замыканий на землю состоит из последовательно соединенных замыкающего контакта первого выходного элемента, первого индикатора и трех ветвей, образованных последовательным соединением замыкающих контактов первого и третьего измерительных элементов фазных напряжений в первой ветви,в торого и тре тьего элементов - во второй ветви и замыкающих контактов первого и второго элементов - в третьей ветви, цепь сигнализации обрыва проводов состоитиз последовательно соединенных размыкающего контакта первого выходного элемента, замыкающего контакта второго выходного элемента, второго индикатора и трех ветвей; образованных размыкающими контактами каждого изизмерительных элементов фазных напряжений, цепь сигнализации обрыва провода с одновременным заьыканием на землю со стороны потребителя состоит из последовательно соединенных третьего индикатора, двух ветвей, образованныхзамыкающими контактами выходных элементов, и трех ветвей, выполненных последовательным соединением1 ОВО 229 размыкающих контактов первого и второго измерительных элементов фазных напряжений в первой ветви, размякающих контактов второго и третьеИзобретение относится к электротехйике, а более конкретно к устройствам сигнализации, распознающим вид повреждения в сетях с изолированной нейтралью.Известно устройство для защиты от несимметричного режима работы электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее в каждой фа,зе сети преобразователи переменного напряжения в постоянное, логические элементы И, ИЛИ, НЕ, которые соединены определенным образом между собой и с выходом преобразователя напряжения, подключенного к нейтрали сети, а также к входу исполнительного органа. Устройство выявляет случаи обрыва фазной цепи линии электропередачи по смещению нейтрали сети и контролю фазных напряжений 1 .Недостатком этого устройства является то, что оно не различает обрыв провода линии с однофазным заьыканием на землю одного из его концов со стороны потребителя от случая замыкания на землю.Наиболее близким по технической сущности является устройство сигнализации, содержащее три реле минимального напряжения, подключенные через трансформатор к фазам сети, выявитель смещения нейтрали, пороговый орган, выходной элемент и блок сигнализации 2 .Недостатком данного устройства является его неспособность выявить ражим обрыва провода в линии с одновременным касанием одного из его кон цов земли со стороны потребителя иэ-за несовершенства реле минимального напряжения и отсутствия соответ ствующей логики работы бдока сигнали зации. Упомянутый режим работы сети весьма опасен как для людей и животных, случайно оказавшихся в зоне повреждения,.так и для трехфазных потребителей, имеющих асинхронный электропривод рабочих механизмов,Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения потребителей путем выявления обрыва проводов с одновременным замыканием на землю со стороны потребителя.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для селективго элементов - во второй ветви и размыкающих контактов первого и третьего элементов - в третьей ветви. ной сигнализации ненормальных режимов в сети с изолированной ней"тралъю, содержащее подключенные кконстролируемой сети через трехфаз"ный преобразователь напряжения три 5 измерительных элемента фазных напряжений и блок выявления смещениянейтралн, выход которого функционально связан с входом первого порого,вого органа, подключенного своим 10 выходом ко входу первого выходного элемента, выход, которого ивыходы трех измерительных элементовфазных напряжений подключены к соответствующим входам блока сигнали зации, дополнительно введены делитель напряжения,. формирователь им"пульсов, коммутатор, дифференциатор, второй порогбвый орган, вто",рой выходной элемент и элемент бло2 О кировки, при этом делитель напряжения и формирователь импульсов под"ключены своими входами к выходублока выявления смещения нейтрали,а выход формирователя импульсов и вы ход делителя напряжения соединеныс коммутатором, который, в свою очередь, своим выходом подключен ковходу дифференциатора, выход которого соединен с входами пороговыхорганов, причем выход второго порогового органа через последовательно соединенные элемент блокировкии второй выходной элемент подключен к дополнительному входу блокасигнализации.35Кроме этого, блок сигнализациивыполнен иэ трех цепей, причем цепьсигнализации замыканий на землю состоит из последовательно соединенныхзамыкающего контакта первого выход- О ного элемента, первого индикатораи трех ветвей,.образованных последовательным соединением замыкающихконтактов первого и третьего измерительных элементов фаэных напряже" 45 ний в первой ветви, замыкающих кон"тактов второго и третьего элементов - но второй ветви и замыкающихконтактов первого и второго элементов - в третьей ветви, цепь сигнали О зации обрыва провода состоит изпоследовательио соединенных размыкающего контакта первого выходногоэлемента, замыкающего контакта второго выходного элемента, второго1080229 40 45 50 55 60 65 59 с контактами 60-62, светодиода 63 и резистора 64. Элемент блокировки 14 индикатора и трех ветвей, образован ных размыкающими контактами каждого из измерительных элементов фазны напряжений, цепь сигнализации обрыва.провода с одновременным замыканием на землю со стороны потребителя состоит иэ последовательно соединенных третьего индикатора, двух ветвей, образованных замыкающими контактами выходных элементов, и трех ветвей, выполненных последовательным соединением разиыкающих кон тактов первого и второго измерительных элементов фазных напряжений в первой ветви, размыкающих контактов второго и третьего элементов во второй ветви и размыкающих кон" тактов первого и третьего элементов в третьей ветви.,На фиг.1 изображена общая блоксхема предлагаемого устройства; на фиг.2 - связи дополнительно введенных между выявителем смещения нейтрали и блоком сигнализации элементов; на фиг.3 - схема блока контро" ля фазных напряжений; на фиг.4 организация цепей блока сигнализации. Устройство селективной сигнализации содержит блок выявления смещения нейтрали 1, измерительные элементы напряжений 2,3 и 4, которые подключены к контролируемой сети 5 через преобразователь напряжения б. Блок сигнализации 7 соединен с измерительными элементами 2-4 непосредственно, а с блоком выявления 1 через делитель напряжения 8,формирователь импульсов 9, коммутатор 10, дифференциатор 11, первый пороговый орган 12, второй пороговый орган 13, элемент блокировки 14, первый выходной элемент 15,второй выходной элемент 16. Делитель напряжения 8 выполнен на резисторах 17 и 18, а формировательимпульсов 9 собран на резисторах19-21, стабилитроне 22, триоде 23,двух полевых транзисторах 24, 25микросхемы 26. Коммутатор 10 представлен ключами 27, 28 этой же микросхемы. Дифференциатор 11 образует конденсаторы 29, 30, резисторы31-37 и операционный усилитель 38.Первый пороговый орган 12 состоит из резисторов 39-42, конденсатора 43и операционного усилителя 44. Первый выходной элемент 15 включает в себя резистор 45, транзистор 46, реле 47 с контактами 4.8-51, Второйпороговый орган 13 выполнен изрезисторов 52-54, конденсатора 55и операционного усилителя 56. Второй выходной элемент 16 состоит изрезистора 57., транзистора 58, реле 5 О 35 20 25 30 35 представлен цепочкой из конденсатора 65, резисторов 66, 67 и триода 68,Измерительные элементы фазныхнапряжений 2-4 представляют собойтри входных делителя напряжения, выполненных на резисторах 69-77, стабилитронах 78-80 и конденсаторах81-83, шесть элементов И-НЕ 84-89,к выходам которых подключены ре;ле 90-95.Блок сигнализации принципиальносостоит из трех цепей, в которыевключены контакты: 96-99 реле 90,100 реле 91, 101-104 реле 92, 105реле .93, 106-109 реле 94, 110 реле95, а также три индикатора 111-113,Устройство. работает следующимобразом.В нормальном режиме работы, когда в сети 5 отсутствуют повреждения,коммутатор 10, управляемый импульсами формирователя 9, ключами 27,28 перераспределяет поступающеес делителя 8 напряжение на кондейсаторах 29, 30 поровну. В результате,на входе операционного усилителя 38сигнал отсутствует, отсутствует они на входах операционных усилителей 44 и 56, Реле 47, 59 при этомобесточены. Напряжения, снимаемыес резисторов 75-77, пропорциональныфазным напряжениям, поэтому реле 90,92, 94 удерживаются в сработанномсостоянии, в то время как реле 91,93, 95 - обесточены. Индикаторы 111113 - отключены от источника питания,При возникновении в линии 5 обрыва с одновременным касанием оборванного конца земли со стороны потребителя, ча нейтрали сети за полупериод промышленной частоты происходит скачок напряжения, на повержденной фазе напряжение превышает фазное значение, а на неповрежденных фазах - становится меньше фазного значения. Изменение напряжения на нейтрали сети через выявитель 1, делитель 8 поступает на дифференциатор 11. Под действием положительной полуволны входного напряжения триод 25 удерживается в режиме отсечки, триод 24 насыщается, ключ 28 коммутатора 10 разомкнут, а через ключ 27 энергия поступает с конденсатора 30 на конденсатор 29, При положительной полуволне входного напряжения триоды 24, 25 переключаются и в результате этого через ключ 28 конденсатор 29 заряжается, при этом конденсатор 30 Ключом 27 отключается от конденсатора 29. В результате дифференцирования напряжение на конденсаторе 29 начинает убывать, а на конденсаторе 30 - увеличиваться.Через три-четыре периода промышленной частоты от момента возникновения повреждения на входе усилителя 38 появляется сигнал, достаточный для срабатывания. Вследствие этого на инвертирующих входах операционных усилителей 44 и 56 также 5 появляется сигнал. Как только величина сигнала превысит порог срабатывания, установленный резисторами 39 или 54, срабатывает соответствующий элемент 44 или 56, или оба вместе. 10 Это зависит от величины переходного сопротивления в месте замыкания провода на землю. Срабатывание норого;вых органов 12, 13 приводит к замыканию контактов 51, 62 выходных эле ментов в блоке сигнализации 7. ИнФормация о том, какой же выходной элемент сработал, можно пблучить от светодиода 63. В измерителях фазных напряжений 2-4 у поврежденной 20 Фазы, например той, к которой подключен делитель на резисторах 71, 74 и 77 изменит свое состояние эле" мент 89, что приводит к срабатыванию реле 95, которое скомутирует свой д контакт 110 в блоке сигнализации 7. Одновременно на неподвижных фазах имеет место изменение состояний элементов 84 и 86, приводящее к обесточению соответственно реле 90 и 92, ) В результате этого замкнутся контакты 98, 99, 103 и 104По цепи источник питания-контакт 62-контакт 103-контакт 93-индикатор 113-источник поступает сигнализация о повреж" дении.35Обрыв провода воздушной линии сопровождается незначительным смещением нейтрали сети при некотором снижении напряжения в поврежденной Фазе.При этом устройство сигнализации 40 работает следующим образом; Бросок напряжения на нейтрали продифференцируется, но первый пороговый ор" ган 12 не сработает, так как сигнал, поступающий на вход усилителя 44, 45 в этом случае оказывается ниже уста=ковки резистора 39. Срабатывает второй пороговый орган 13 и его выходной элемент 16, подготавливаяконтактом 61 цепь сигнализации.Снижение напряжения в Фазе почувствует один из измерителей 2-4 иобесточит пару реле, присоединенныхк поврежденной фазе. Индикатор 112получит питание.Замыкания на землю при полнотезамыкания свыше 0,65 сопровождаются значительными смещениями нейтрали и одновременным увеличениемнапряжения в неповрежденных фазах,при этом напряжение поврежденнойфазы снижается, При замыкании наземлю провода срабатывает реле 47первого выходного элемента 15. Вфазных измерителях 2"4 пара реле,например, 90 и 91, подключенная кФазе с замыканием, обесточится, а,пары реле 92,93 и 94, 95, включен-.ные на неповрежденные Фазы, получатпитание, Коммутирование контактов49, 101,110 каждого из реле приводит к подключению индикатора 111к источнику питания.Аналогично устройство работаетпри появлении ненормального режимана любой из фаз,При качаниях в сети, даже приочень быстрых изменениях напряженияна нейтрали.(порядка 0,2-0,4 с) ложная сигнализация не происходит, поскольку дифференциатор 11 не успеет перезарядить конденсаторы 29,30.Использование предлагаемого устройства в отличии от прототипа позволяет достоверно выявлятв ненор",мальные режимы в сети. При этом снижается вероятность поражения токомлюдей и животных за счет своевременного принятия необходимых мер, атакже сокращается количество выходящих из. строя асинхронных электродвигателей1080229 Составитель Л.Васьковедактор А.долинич Техред А.Бабинец орректор И.Эрдей о писное оектная, 4 лнал ППП Патент, г. Ужгород,каз 1370/53 Тираж б 14 П д ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4