Устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью

А. М. Чухин 925(088,8 е свидете Н 02 Н 3 свидетельН 02 НЗ ство СССР6, 1978.во СССР6, 1980. Ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИС ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙНЕЙТРАЛЬЮ(57) Изобретение относится к областиэлектротехники, в частности к устрой-,ствам для централизованной защиты отзамыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной иейтральйЦель изобретения - повыпение чувстви-.тельности и селективности защиты, Вмомент появления замыкания, напримерна первом присоединении, первая по1277283 луволна переходного тока имеет положительную полярность, Тогда на первом присоединении сигнал появится навыходе датчика положительного знака2, на всех остальных присоединенияхсигналы появятся на выходах датчиковотрицательного знака. В этом случаена выходе сумматора 17 сигнал будетравен нулю, поскольку опорное постоянное напряжение отрицательно, а навыходе сумматора 18 сигнал не будетравен нулю, так как сумма его входных напряжений больше опорного напряжения. На выходе компаратора напряжения 22 появится сигнал, которыйподается на входы всех элементов И 5,подключенных к датчикам положительно".го знака 2. На выходе элемента И 5поврежденного присоединения появитсясигнал, что обусловит появление сигнала на выходе соответствующего элемента ИЛИ 9, и запись информации всоответствующий запоминающий элемент10. Через элемент ИЛИ 12 блокируетсязапись информации во все запоминающиеэлементы 10, благодаря чему исключается возможность записи ложной информации в последующие моменты времени, когда при развитии переходногопроцесса начальные соотношения зна 1Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано для определения поврежденного присоединения при замыканиях на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью и основано на сравнении начальных знаков (знаков первых полуволн) переходных токов нулевой последовательности х в п-присоединениях, подключенных к шинам защищаемого объекта. Действие подобнЫх устройств защиты основано на .том, что начальный знак переходного тока нулевой последовательности в поврежденном .присоединении всегда противоположен начальным знакам переходных токов нулевой последовательности в неповрежденных присоединениях.Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности защитые ков переходных токов могут изменяться. При неодновременности переключения элемента ИЛИ-НЕ 7 и элементовИ 5 и 6 есть возможность кратковременного появления сигнала на выходеэлемента ИЛИгНЕ 23. Для исключениязаписи ложной информации. в элемент10, фиксирующий замыкание на шинах, выход элемента ИЛИ-НЕ 23 подключен кэлементу 1 О через элемент задержки24, При срабатывании пускового органа 14 по напряжению нулевой последовательности подаются сигналы на управляющие входы элементов запрета 11.На выходе элемента запрета 11 поврежденного присоединения появляется сигнал, обуславливающий срабатывание соответствующего исполнительного эле -мента 16. При замыкании на шинах, таккак на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 23сигналов нет, появляется сигнал наего выходе, который через элементвременной задержки 24 обеспечит запись информации в запоминающий элемент 10, фиксирующий замыкание нашинах, что после срабатывания пускового органа 14 обуславливает срабатывание исполнительного элемента"Замыкание на шинах", 2 з.п. ф-лы,1 ил. На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Схема содержит фильтр 1 тока нулевой последовательности, к которым .подключены датчики 2 положительной начальной полуволны тока нулевой последовательности и датчики 3 отрицательного знака. Выходы датчиков 2 соединены с входами 1-п блока 4 мажори- Орования и одним входом элементов И 5, К вторым входам элементов И 5 подключен второй выход блока 4 мажорирования. Выходы датчиков 3 отрицательного знака соединены с входами пФ 1 2 и блока 4 мажорирования и одним входом элементов И 6, К вторым входам элементов И 6 подключен первый выход блока 4 мажорирования. Выходы 20блока 4 мажорирования подключены также к входам общего элемента ИЛИ-НЕ 7, выход которого подключен к одному из2 и + 1 входов блока определения замыканий на шинах 8, Выходы элементовИ 5 и 6 соединены остальными 2 ивходами блока определения замыканийна шинах 8 и с одним из входов элементов ИЛИ 9 соответствующих присоединений. Выходы элементов ИЛИ 9 подключены к записывающим входам первыхи запоминающих элементов 10. Выходывсех л+1 запоминающих элементов 10подключены к одному из входов эле"ментов запрета 11 и к 1 - (п+1) входамэлемента ИЛИ 12, выход которого подключен непосредственно к блокирующим входам и через элемент временнойзадержки 13 - к стирающим входамвсех запоминающих элементов 10. Квторым входам элементов запрета 11и к (п+2)-му входу элемента ИЛИ 12присоединен выход пускового органа14, подключенного к фильтру 15 на"пряжения нулевой последовательности,Выходы первых и элементов запрета 11подключены к исполнительным элементам 1 р, срабатывающим при замыкани"ях на соответствующих присоединениях.Блок 4 мажорирования состоит издвух (и+1) входовых сумматоров 17 и18, подключенных входами к датчикамположительного и отрицательного знака соответственно и к источнику опорного напряжения 11 . Выходы сумматоров 17, 18 через диоды 19 и 20 подключены соответственно к неинвертирующему входу компаратора 21 и инвертирующему входу компаратора напряжения 22 и к неинвертирующему входукомпаратора напряжения 22 и инвертирующему входу компаратора напряжения 21. Выходы компараторов напряжения 21 и 22, образующие естественнопервый и второй выходы блока мажорирования, подключены к входам логической схемы ИЛИ-НЕ 7,Блок определения замыкания на шинах 8 включает элемент ИЛИ-НЕ 23 на2 п+1 входа и элемент задержки 24,Входы элемента ИЛИ-НЕ 23 соединены с выходами элементов И.5 и 6 ивыходом элемента ИЛИ-НЕ , выходподключен через элемент задержки 24к записывающему входу введенного(и+1)-го. запоминающего элемента 10,фиксирующего замыкания на шинах. Кблокирующему входу указанного запоминающего элемента 10 подключен выход элемента ИЛИ 12, к "стирающему"входу - выход элемента временной за 40 45 50 55 и 22 нет,и, следовательно, нет сигналов на выходах элементов И 5 и 6, выходах элементов ИЛИ 9 и записывающих входах запоминающих элементов 10. При этом все запоминающие элементы 10 находятся в исходном состоянии, при котором сигналы на их выходах от- . сутствуют. Если случайно в один (или несколько) элемент 10 "записана информация от помехи (например, прикоммутационных переключениях в сети и т.п.), то спустя заданное время она "стирается" сигналом на выходе элемента задержки 13. При отсутствии. сигналов на выходах компараторов напряжения 21 и 22 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 появляется сигнал, обуславливающий в свою очередь отсутствие сигнала на выходах элемента ИЛИ-НЕ 23 держки 3. Выход (и+1)-го элементазапретя 11 подключен к (и+1)-му исполнительному элементу 16, срабатывающему при возникновении замыканияна шинах защищаемого объекта.Устройство работает следующим образом.В нормальном режиме (до возникновения замыкания) токив присоединениях и сигналы на выходах датчиков знаков 2 и 3 отсутствуют. Навходы сумматоров 17 и 8 мажорирования 4 подается только постоянное отрицательное опорное напряжение 11 15 анравное по величине, но противоположное по знаку нормированному положительному сигналу логической навыходах датчиков знака, Диоды 19 и20 обеспечивают подачу на входы компараторов напряжения 21 и 22 толькоположительного напряжения, котороена выходах сумматоров появляетсятолько тогда, когда сумма напряжений, подаваемых от датчиков знака,больше, т.е. при наличии наопвходах 1-и не менее двух сигналов,В нормальном режиме за счет напряжения 11 - 0 сигналы на выходах сумматоров 17 и 18 отрицательны, а навходах компараторов напряжения 21 и22 сигналов нет. Сигналы логической"1" на выходах компараторов напряжения 21 и 22 появляются, если напряжение на неинвертирующем входе больше, чем напряжение на инвертирующемвходе (т,е, когда разность входныхнапряжений положительна). При равенстве входных напряжений сигналов навыходах компараторов напряжения 21+1)-5 зеп(3 Еттта)1 те)т 3.)1(зТс 11. 1 О., (1311) .иР)ПОТЯГ ЕЕ)ЕКЯТ)ТС) 1 Д тТТЦД; гГДТ;Кс 1 С И"П 3 с 1 ПО 1 ТТТ)Г)ТЕ ЭЗЕЕ 11 т 1Т)уттсспр 3)тое )дмепсдцн)1 цд ит)цсо егиту ".1 ИЯХ ЕЕ 1)(ОП 1(т 3 т 1 сло 10) С(стЯтЗтг,ТТЕфОР)ЯИЛ С ЭЛЕМЕГ 1 Д " ТРТД, Ц 1 -цдл па выходе отсутстзует).Т)351 ЗЯМЫКЯццц НЯ )ЗЕ)П)Е(3 уд (ПП 013тЗ ОТХОдЯ)ЕТЗХ ОТ ТТЗП Зд)ТцсЕ.(3. 0 рТ- ектд трзсоедицеез)Я 1 зпдк уе 13330:е тсву" волны переходного тоу(8 3., Отого прцСОЕЦЦЦСПИ 51 ПРОТ)ЗВЗОГЗЗТос(Е ЗНДКД." ПЕПВХ ПОЛУЗОЛП ТОКО 3 ТСЕ,; ОСГДЛт -)тет)т 22 885 осттт 53 ходтгух с Гте:)3 оз и- Л(3)ЕЯЕЗЕЛЬЦа и ПД ЕГО ВЫХОЗ 3 ПО)тл(ЯЯСУСя СПТЗИЕТ . )ЗЫХОдд КОМсте 1 орд 22 СИГ сЗЛ 11 йдд Р 1 Тт Етд )Хоту с" Р"С Зттпт,тсТОВ3 ) ПОЗТСЗТЕтЕЗПЗЫХ 3( ДДТ 11(аТОО )ТТЕЗЬПСГО ЗПЯСд 1 ОСКЭЛЬК)г ТОЛЬ- .(О О;тцт датсцк 2 ГЕОЛО:)цтЕЗЬЕ:)ГО Зт д- ск а РртогсЕтове;т(с 11)у(33 оттц 0 Ртт"уее)у 15) имеет сигнал пд 53 Г)с(з) то )цгцдл оявляется на выходе э)зс е;1 тд1 Э ТОЗ)ЬКО ЭТОГО Ц)ИСОЕ)Е 51 СЦ)Е .ЬГХСС;ЕЗЗ. ЭЗ" МТП 1 ТОВ 11 6 В "ЕХ 1 ПЗНССЕд иЦСЦИ,"т Сип;ЯЛОВ ЦР , ГЯК ) Е 1( Ет ЕРВ 3( ЗХО)ЗХ ЭТИХ СХЕУТ (;)Гуа)т г (,; "От;Д:ЗДтгЗ(51 ЛО:у(35 И ;)ОРМадцц В ПОСЛЕ,ТУ)Г)ЕЕЯ МОМЕН УЫ ВРРМЕПИ) КОГДа ПРИ ,ДЗ 3)1 ТТИ ПЕРСХогтПСГО ПРОЦЕССЯ Ца 11 гп, ЫС 3ЕЕО)Е( ). Зт;гсОВ тЕ)ЗОЦ- т,К ТОКОП " В ГЕРТ СОЕИПС)ЦЯХ 150 Г)с,г ., т Су;т , т);ЕП;38 МЫКЯ:п)я .д )8 гт лг тра. стп 3 и тр 5 Теп 8 срдбт 1)здцтгят; .- ):),Яупт срдбдтед.,Я) ИО;)ВтсЯПд).;.: ед У 1)с 1 в 35)тус. вхоДе ЭУемецОН дПСтд 11, ):;д ВЬЕХОпс ЗЛЕМЕПта )ЕУ 33 Д-гОВРГ:,ПСЦПО;0 ПРТ,.ССгЕ)т 1510) П-ст -ОЯВ:;ЕЗТС 5: Сг: 31, ОЕЗ-)С)18)ВГВЯТКУп) (,тдбдттпе)е .Зоте( с г вУего ис 3(3 Е: ) "Ту П(3 г тт(;птт 8 16, 127728335 40 45 0 Одновременно сигнал с выхода пускового органа 14 подается на один извходов элемента ИЛИ 12, обеспечиваяблокировку записи информации в запоминающие элементы 10 на все времясуществования напряжения 3 Б в сети(т.е. на все время существования замыкания); Затем исключается возможность ложных срабатываний исполнительных элементов от помех по цепямтока в условиях устойчивого замыкания или в условиях перемежающегосязамыкания,Элемент временной задержки 13 через время, достаточное для срабатывания пускового органа. 14 и срабатыва 11ния исполнительных элементов, стирает" .информацию со всех запоминающих элементов возвращая их в исходное состояние.Аналогичным образом устройстводействует и в том случае, когда полярность первой полуволны переходного тока отрицательная. Разницатолько в том, что в этом случае сигнал появляется не на выходах компаратора напряжения 22 и элементов И 5,а на выходах компаратора напряжения21 и элементов И 6 поврежценногоприсоединения.Для срабатывания устройства достаточно появление сигналов на выходах датчиков знака трех присоединений - поврежденного и двух неповрежденных с наибольшими бросками переходных токов ,. Устройство обеспечивает определение поврежденногоприсоединения и при срабатывании только одного датчика знака - на поврежденном присоединении.При замыканиях на шинах первые полуволны переходных токовво всех присоединениях имеют одинаковую полярность. Пусть, например, все ,полуволны имеют положительную полярность. В этом случае в момент возникновения замыкания на землю сигналы появляются только на выходах датчиков 2 положительного знака, на выходах датчиков 3 отрицательного знака сигналов нет. Поскольку при этом сигнал появляется только на выходе компаратора напряжения 21, то на , входах всех элементов И 5 и б присутствует только по одному сигналу, поэтому на их выходах и соответственно входах 2-(2 и+1) элемента ИЛИНЕ 23 сигналов в начальный момент 5 1 О 15 20 25 30 возникновения замыкания нет. Появление сигнала на выходе компаратора напряжения 21 приводит к исчезновению сигнала на выходе элемента ИЛИ - НЕ 7 и соответственно на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 23. Так как на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 23 сигналов нет, появляется сигнал на его выходе, который через элемент временной задержки 24 обеспечивает запись информации в (и+1)-й запоминающий элемент 10, фиксирующий замыкания на шинах, и блокировку первых 1-и запоминающих элементов 10, подключенных к присоединениям защийаемого объекта. После срабатывания пускового органа на выходе элементов запрета 11 появляется сигнал, обуславливающий срабатывание исполнительного элемента "Замыкание на шинах".Использование предлагаемого устройства позволяет повысить чувствительность и селективность и за счет этого расширить область применения централизованной защиты от замыканий на землю, основанной на сравнении начальных знаков переходных то- . ков нулевой последовательности в присоединениях. Формула изобретения Устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее на каждом из и присоединений фильтр тока нулевой последовательности, к выходу которого подключены датчики положительного и отрицательного знаков начальной полуволны переходного тока нулевой последовательности, а также на каждом из и присоединений. элемент запрета, запоминающий и исполнительный элементы, общий для и присоедине- . ний фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключен пусковой орган, выход ко" торого соединен с управляющими входами упомянутых элементов запрета, об щий для и присоединений блок мажорнрования для сравнения числа начальных положительной и отрицательной полярностей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности, в него введены для каждого присоединенияСоставитель Л, ВаськоваРедактор Н, Швыдкая Техред Л.Олейник Корректор С. Шекмар Заказ 6753/5 Тираж 612 .ПодписноеВНИИПИ ГосудаРственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие г; Ужгород, ул. Проектная, 4 9127 два элемента И на два входа и элемент ИЛИ на два входа и общий для всех и присоединений логический блок определения замыканий на шинах с (2 и + 1) входами, (и+1)-й элемент запрета, (п+1)-й запоминающий и (и+1)-й исполнительный элементы, общие,элемент ИЛИ-НЕ на два входа, элемент ИЛИ на (и+2) входа и элемент временной задержки, а блок мажорирования выполнен с 2 п входами и двумя выходами, при этом первые и входов блока мажорирования подключены к выходам упомянутых датчиков положительного знака, вторые и входов - к выходам упомянутых датчиков отрицательного знака, первый выход блока мажорирования подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчиков отрицательного знака, второй выход блока мажорирования подключен к второму входу упомянутого элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчиков положительного знака, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к одному из (2 и1) входов логического блока определения замыканий на шинах, остальные 2 и входов которого подключены к выходам всех элементов И, а выход - к записывающему входу (и+1)- го запоминающего элемента, причем выходы обоих элементов И каждого из и присоединений подключены также через соответствующие элементы ИЛИ к записывающим входам соответствующих запоминающих элементов, выходы всех (и+1) запоминающих элементов подключены к входам соответствующих элементов запрета и к (н+1) входам элемента ИЛИ на (и+2) входа, выход которого присоединен к блокирующим входам запоминающих элементов и через эле- . мент временной задержки - к стирающим входам всех (и+1) запоминающих 7283элементов, а выход пускового органаподключен к (и+2)-у входу упомянутого элемента ИЛИ на (и+2) входа и куправляющему входу всех (п+1) эле ментов запрета, каждый из которыхподключен своим выходом к входу соответствующего исполнительного элемента.2. Устройство по п. 1, о т л и - 1 О ч а ю щ е е с я тем, что блок мажорирования содержит два сумматора,каждый на (и+1) вход, два диода идва компаратора напряжения, выходыкоторых образуют выходы блока мажорирования, причем и входов первогосумматора подключены к выходам датчиков положительного знака, и входоввторого сумматора - к выходам датчиков отрицательного знака, (и+1)-е 20входы обоих сумматоров - к источнику отрицательного опорного напряжения (равного по величине положительному нормированному напряжению навыходах датчиков знака), выход первого сумматора через диод подключен кнеинвертирующему входу первого компа.ратора напряжения и инвертирующемувходу второго компаратора напряжения,выход второго сумматора подключен к 30неинвертирующему входу второго компаратора напряжения и инвертирующемувходу первого компаратора напряжения. 3, Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блокопределения замыканий на шинах содержит элемент ИЛИ-НЕ на.(2 п + 1) входа и элемент задержки, при этом одинвход элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу общего элемента ИЛИ-НЕ на двавхода; остальные 2 п входов присоединены к выходам элементов И всех присоединений, а выход элемента ИЛИ-НЕподключен ко входу элемента задержки,выход которого соединен с записывающим входом (и+1) запоминающего элемента.