Устройство для защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН ИЮ (1 51) Н 02 НЗ/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНОПИСАНК АВТОРСКО ТЕТ СССИ ОТНРЫТИ НИЯ ЕТ МУ СВРЩЕТЕЛЬСТВУ юл. Нф 5 В.В.Н ро ябрьскои Революцииого Красного Знаменио дела им.А,А.Скочин 5(088.8 США У 556 видетел2 Н 3/ тво ССС 1980.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕИЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее трансформаторы тока нулевой последовательности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненныев виде зарядной КС-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельнос конденсатором, и усилителя постоянного тока, выходом связанного сисполнительным реле, подключенные ксоответствующему трансформатору токанулевой последовательности через выпрямитель и промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевойпоследовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, а также элементыблокировки, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения селективности и обеспечения работы при дуговых перемежающихся замыканиях, в него введены для каждого присоединениядиодно-резисторный блок, состоящийиз последовательно включенных ре, 3 4 ь(71) Ордена Оки ордена Трудоинститут горноского(56) 1. Патенткл. 317-18, 192. АвторскоУ 896170 кл. зистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно выходу каждого трансформатора тока ну- левой последовательности, а элементыблокировки выполнены в виде блокировочного и промежуточного реле на каждом присоединении и реле напряжения с выдержкой времени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающих контактов которого включен последовательно с параллель" но включенными обмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкающих контактов последнего вклю" чен параллельно замыкающему контакту фЯ промежуточного реле, а размыкающий ключ выполнен в виде контакта проме. жуточного реле, обмотка которого со" ответственно для каждого из присоединений соединена с вторым замыкающим д контактом промежуточного реле и через вновь введенный развязывающий диод с последовательно соединенными размыка-Фавйющими контактами блокировочных реле фф всех присоединений и замыкающим с вы- ф 4 держкой времени контактом реле напря- Я жения. . Об 2, Устройство по п.ч а ю щ е е с я тем, чтобеспечения непрерывногосопротивлением изоляцииний, в него введены по чдинений операционные усилдый из которых подключенпромежуточного трансформэлементы сигнализации, всоответствующим выходамусилителей.1 11388Изобретение относится к устройст- вам защиты от однофазных замыканий на землю в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью,преимущественно в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ.Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее на каждом присоединении измерительные 1 О органы в виде КС-цепи, конденсатор которого заряжается от тока нулевой последовательности с временем, обратно пропорциональным этому току. Поскольку в поврежденном присоединении 15 ток нулевой последовательности по значению наибольший, то до уровня (уставки) срабатывания заряжается конденсатор измерительного органа устройства, установленного на данном 2 О присоединении, которое должно отключиться раньше, чем зарядятся до уровня уставки конденсаторы КС-цепей на неповрежденных присоединениях Г 1 3.Однако это устройство может се лективно работать лишь при достаточно больших разницах между значениями токов присоединений, что имеет место при большом числе (3-ч и более) защищаемых присоединений в сети, так ЗО как время заряда емкости КС-цепи на неповрежденном присоединении должнр быть всегда больше времени отключения поврежденного присоединения. Кроме того, оно не может обеспечить селективности при дуговых перемежающихся35 замыканиях и при бросках тока нулевой последовательности в начальный момент металлического замыкания на землю.,Известно также устройство защиты от замыкания на землю, содержащее на каждом присоединении измерительные органы тока, выполненные в виде зарядной КС-цепи с размыкающим ключом, соединенным параллельно с конденсата"45 ром для управления работой КС-цепи с целью отстройки от бросков тока в начальный момент замыкания и блокировки (запрета) неселективного срабатывания исполнительных органов устройств на неповрежденных присоединениях. Это .расширяет область селективной работы устройств на. данном принципе 23.Недостатком известного устройства является возможность неселективных срабатываний при минимальной разности сравниваемых амплитуд токов присоединений из-за несовершенства алго 74 2ритма работы и схемы формированиясигнала на срабатывание размыкающегоключа, сигнал на блокировку (запрет)зарядных емкостей присоединений формируется лишь после достижения токоввсех присоединений своих амплитудныхзначений и ноступления сигнала наисполнительный орган. Наложение такого запрета (блокировка) может запоздать относительно времени формирова-,ния ложного сигнала на неповрежденном присоединении, т.е. момента достижения напряжения заряда его КС-цепи своего амплитудного значения. Приэтом невозможна селективная работапри дуговых перемежающихся замыканияхна землю ввиду того, что не предусмотрена возможность сохранения зависимости амплитуды сигналов, поступающих от трансформатора тока, отпервичных токов перемежающего замыкания, имеющих различный спектр амплитуд и частот,Цель изобретения - повышение селективности при замыканиях на землю иобеспечение работы при дуговых перемежающихся замыканиях на землю.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для защитыот замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее трансформаторы тока нулевой последователь"ности на каждом присоединении, измерительные органы тока, выполненные ввиде зарядной КС-цепи с размыкающимключом, соединенным параллельно сконденсатором, и усилителя постоянного тока, выходом связанного с исполнительным реле, подключенные к соответствующему трансформатору токанулевой последовательности черезвыпрямитель и промежуточный трансформатор, источник напряжения нулевойпоследовательности, к выходу которого подключено реле напряжения с выдержкой времени, а также элементыблокировки, введены для каждого присоединения диодно-резисторный блок,состоящий из последовательно включенных резистора и двух встречно-параллельных диодов и включенный параллельно выходу каждого трансформаторатока нулевой последовательности, аэлементы блокировки выполнены в ви"де блокировочного и промежуточного1реле на каждом прис оединении и реле напряжения с выдержкой времени, причем к выходу измерительного органа тока подключена обмотка промежуточного реле, один из замыкающихконтактов которого включен последовательно спараллельно включеннымиобмотками блокировочного и исполнительного реле, один из замыкающихконтактов последнего включей"параллельно замыкающему контакту промежуточного реле, а размыкающий ключ выполнен в виде контакта промежуточного реле, обмотка которого соответственно для каждого из присоединенийсоединена с вторым замыкающим контактом промежуточного реле и через вновьвведенный развязывающий диод с последовательно соединенными размыкающими контактами блокировочных релевсех присоединений и замыкающим с выдержкой времени контактом реле напряжения,При этом с целью обеспечения не- щпрерывного контроля за сопротивлением изоляции присоединений введены почислу присоединений операционные усилители, каждый из которых подключенк выходу промежуточного трансформатора,.и элементы сигнализации, включенные к соответствующим выходам операционных усилителей.На. Фиг1 показана принципиальнаясхема устройства защиты от замыканийна землю (для двух присоединений), нафиг.2 - схема соединения промежуточных реле нулевой последовательности(для двух присоединений, штрихомпоказано для и-го присоединения) на35фиг.З - зависимости 1 (ю) и Б (о)от активного сопротивления изоляции(К) фаз контролируемой сети, поясняющие зоны контроля за изоляцией и защитного отключения,Устройство на каждом присоединении содержит трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТНП), измерительный орган 2, выполненный в виде зарядной КС-цепи и усилителя постоян ного тока с промежуточным реле 3 на выходе, подключенный к трансформатору 1 тока через выпрямитель 4, проме. жуточный трансформатор 5 и диодно-резисторный узел 6, блокировочное 7 и 50 исполнительное 8 реле, промежуточное реле 9 (фиг.2), элемент 10 сигнализации (светоиндикатор, состоящий из ряда светодиодов, настроенных на зажигание соответственно на ряд возрас тающих по значению уровней тока нулевой последовательности в пределах эоны контроля за изоляцией, например,0,05, 0,1 ., 0,3 А), подключенный к выходу трансформатора 1 тока через операционный усилитель 11, а также общие для всех присоединений источник 12 напряжений нулевой последовательности и включенные к выходу последнего реле 13 сигнализации и реле 14 напряжения с выдержкой времени. Кроме того, устройство имеет высокоомный резистор15, подключенный между нейтралью сети (например, нулевой точкой обмотки высокого напряжения трансформатора собственных нужд подстанции) и землей, создающей дополнительный, активный ток замыкания на землю, равный по значению 50-б 07. емкостного тока замыканияв сети.Устройство работает следующим образом.В нормальном режиме при отсутствииодно- или двухфазного снижения уровняизоляции относительно земли ниже допустимого (фиг,З) или отсутствии однофазцого замыкания реле 13 сигнализации и реле 14 напряжения не срабатывают, а на трансформаторе ТНП 1 накаждом присоединении отсутствует сигнал, достаточный для открывания элемента 10 сравнения (светоиндикатора),Контакты 13.1 и 14,1 реле 13 и 14 находятся в разомкнутом состоянии, соответственно замкнут контакт 9.1 .промежуточного реле 9, конденсатор КСцепи разряжен, контакты 3.1 промежуточного реле 3 и контакты 8.1 исполнительного реле 8 разомкнуты, а контакт .71 блокировочного реле 7 замкнут,При одно- или двухфазном снижениисопротивления изоляции Фаз относительно земли или однофазном замыкании на землю через большое сопротив-.ление (например, падение провода воздушной линии на плохо проводящиегрунты, утечки на землю через теложелезобетонной опоры со спекшимсягрунтом у основания, падения провода1 чна траверсы деревянных опор и другиеповреждения) на одном из присоединений в пределах зоны контроля за изоляцией (Фиг.З) на источнике 12 напряжения появляется напряжение смещениянейтрали порядка 2-3 В, а на трансформаторе 1 тока всех контролируемыхприсоединений появляются вторичныетоки НП, которые после усиления по.ступают на входы элементов 10 сигнализации (например, светоиндикаторов).При этом реле 13 срабатывает и выдаетпредупредительный неселективный сигнал, а на трансформатор тока поврежденного присоединения поступает ток,вторичное значение которого выше уставки контроля (например, 0,05 А, в 5пределах 0,05-0,3 А), которое послеусиления оказывается достаточным поуровню дЛя открывания и зажиганиясоответствующих светодиодов светоиндикаторного ряда на данном присоеди-, 10нении, Поскольку на поврежденном присоединении вторичные значения токаНН имеют наибольшее значение, то наего светоиндикаторе зажигается наибольшее число ламп, по сравнению со 15светоиндикаторами остальных (неповрежденных) присоединений. Это даетвозможность оперативному персоналу".подстанции или диспетчеру достаточнопросто и надежно определить присое Одинение с ухудшенной изоляцией и развивающимся повреждением. При однофазном замыкании на землю через сопротивления, лежащие в зоне защитного отключения (фиг.3), срабатывает реле 14 напряжения и с определенной выдержкой времени (порядка 5-10 мс) замыкается его контакт 14,1 (фиг.2). При этом срабатывают реле30 9 (9 р 9 Врр 9 при и отходящих линиях) и размыкают свои контакты 9. 1 (9 1 р 9 рра 9 пр 1) По зарядным цепям НП, которые одинаковы для всех присоединений, начинают заряжаться конденсаторы. Уставки срабатывания реле 3 (Зр,р 3) на выходе усилителей ка всех линиях одинаковы, но первым до уровня открывания транзис" тора усилителя заряжается конденса тор ковреждекной линии, т.е, где ток НП наибольший по значению. Срабаты вает реле 3 поврежденной линии, своими контактами 3.1 и 3.2 замыкает цепь обмоток реле 7,8 и 9. Затем контакт 71 (реле 7) размыкает цепь питания обмоток реле 9 р 9 З, р.9 р (цепь реле 9 замкнута койтактом 3.2). Реле 94 р 9 рр 9 возвРащаютсЯ в исходное состояние и своими контактами о мгковенно снова блокируют входы усилителей неповрежденных линий (замы- каютсЯ контакть 1 9. 1 р 9 В . 1 рр 9.1)Контакт 9.1 реле 9 остается разомкнутым. Срабатывает реле 8 и,самоблоки руясьр замыкает свой контакт 8.2 в цепи отключения выключателя поврежденной линии,При перемежающихся замыканиях на землю на вторичных обмотках трансформаторов 1 тока иэ-эа бросков первичного тока, достигающих 100-200 А, появляются соответственно повышенные напряжения, которые ограничиваются встречно-параллельно включенными диодами блока б для защиты входных цепей. Но благодаря наличию послецовательно включенного с диодами резистора (сопротивлением порядка О, 1 Ом), за счет падения напряжения на нем, обеспечивается сохранение зависимости напряжения на входе промежуточного трансформатора 5 от первичного тока в присоединениях при любых ее амплитудах.Если первичные токи замыкания на землю не превышают 15-20 А, то напряжение на входе трансформатора 5 не превышает величины напряжения открывания диодов в прямом направлении (0,3-0,5 В), т.е. эа счет того, что диоды заперты и по цепи диодно-резисторного блока б ток не течет, напряжение, поступающее на вход трансформа. тора 5, ограничивается только резис" тором, включенным параллельно блоку б.Следовательно, предложенное устройство обеспечивает селективную работу и при перемежающихся дуговых замыканиях на землю.Время срабатывания устройства Е =ЬЕ+ +С,+Ез+ср 14где Ь 1 - выдержка времени на срабатывание реле 14 напряжения (порядка 5-10 мс);14 р В р В р С 1 рВ - вРемя срабатывания соответствующих реле 14,9, 3, 7 и 8.1Для селективной работы реле должны соблюдаться условия"Вн.Ки С+Е 4+ = - 1 (2)1,2 1,5где йВ - время заряца емкости (меньшим током) на неповрежденных присоединениях.Поэтому для выполнения услЬвий (1) и (2) реле 14, 9, 3 и 7 должны быть быстродействующими, например герконовымк (типа РЭСА и др.), имеющими время срабатывания порядка 1-2 мс, а реле 8 должно быть электромагнитным с временем срабатывания порядка 20-30 мс.11.38874 7Спедовательно, при замыкании на землю через сопротивление в зоне защитного отключения через 40-50 мс формируется селективный сигнал на отключение поврежденного присоединения,Экспериментальные исследования в карьерных распределительных сетях 6 кВ показали, что предложенное устройство выгодно отличается от известных повышенной селективностью при различных видах однофазного замыкания (глухих, через переходное сопротивление и перемежающееся дуговое) независимо от числа защищаемых присоединений, а также возможностью селективного .определения участка. с ухудшенной изоляцией для своевременного предупреждения развивающихся аварий в се тях.и электрооборудованииПрименение данного устройства, на"пример, в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ;карьеров и шахт позволяет получить существенный эко-.10 номический эффект за счет сокращенияпростоев мощного добычного оборудования, обусловленных неселективными отключениями сети и внезапными повреждениями изоляции электрооборудований 15 и сетей.1138874 г.2 Роъисное 700/41 ВНИИПИ Го по дел 113035, МоЗака Тираж 620 По сударственного комитета ССС ам изобретений и открытий сква, Ж, Раушская. наб.,4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Составитель Л.Васьковаедактор И.Николайчук Техред Л. Коцюбняк Корректор С.йекма