Устройство для защиты электроустановки

,13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР(57) Изобретение относится к области релсццой зашиты ц может быть использовано для зашиты высоковсльтцых линий электрс- передач, вклкчецных через два и болсе выклкчателя. Цель изобретения - повышение лстойчивости функционирования путем устранения излишних срабатываний защиты црц вцсшцих коротких замыканиях (к. з.) с высокочастотными свободными составлякщилси в токе к. з. н оосспсчсция выполнения функ. ццц стклкчсчцся выклнчатслей зацищаемой линии с высоким быстродействием. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены инерционное звено 6, сумматор 8, элемент задержки 10, два элемента И1, 12, три элемента НЕ 13, 5, 17, два расширителя импульсов 4, 16. При превышении сигналом, пропорциональным сумме модулей токов плеч, определенного уровня формирустся логический сигнал 8, из которого формируется логический сигнал 8 ГЭ, передний фронт которого отстает от переднего фронта сигнала 8 на время (,ь Из сигнала производной дифференциального тока, прошедшего через инерционное звещ на определенном уровне ,г, ш положительной и отрицательной полярности формируется логический сигнал с 1, который л да и цясътс я на время 12с Од). При наличии сигнала 8 В, и от.Фсутсгвии сигнала с 1 Р и сигнала отклкчеция Т с выхода канала отклнчсция в канале блокирования формируется сигнал 61 окировация, которыи удлиняется до 60 80 мс и тем самым предотвращает излишнее срабатывание. 4 ил.1 кобр цце с)тнцсится к релейной защитц мцкг быть использовано для зашитывысоковольтных линий электропередач, включс ццх через лва и более вьключателя.Игь изобретения - повышение устойист фх нкциоцировзния путем устраненияизлиццц, срабатываний защиты при вцешкцр)ткцх замыканиях с Высокочастотным сшнлными составляющими в токе кцргкцО ззмыкдция и обеспечения выполнения функци отключения вьключателей за Ощ цзс. мцй л ниии с высоким быстродейстИ,1,Нз фи. 1 изображена структурная схема цреллагдемого устройства защиты; нафиг 2 схмз полклюцения зашиты к заниц)змцй линии; ца фиг. 3 - эпюры рабоы устройства цри внешнем )хЗ; на фиг. 4экры работы устройства цри внутреннем КЗ,Усрцйстцц зашиты (фиг. 1) содержит,кц:1 )к, ОЛни концы вторичных,лицВы к мццшлсчму лиолному цолумту 2, кзтцлы и зилы лиодов которогоцбьсЛ н цы и пц.клю иц к двуцлечйхсм 3 срзвцния сц средней точкой, лиффрц 1 и зл ьцсопротивление 4 нагрузки,1 клкчс нное мс жлу ццщеи точкой Вторичных Обмоток датчиков 1 тока и срднейццкцй схл 3 сравнения, которая цриэ Ом .с х,с.з, незаземлецный конец лиф,р 1 си;Вццг со 1 рст Всения 4 и агру зкиОс,цс с Вхцлцм слк 5 лифференциро Вця, Выход кспцрцчерез инерционноеВ ц (цсл) ц. ц с В лом форм рс) )тес яс и ц , ц за)с и , с" м матор 8,1, кццй ил кцпсрцО Олинен с катцлз.)1 и Вергирукций анодами лцолцвм цО,с сЛисдцсг цгсум)тд 2, з Вы.ХОЛ С цсццнртнрХЮШИМ ВХОЛОМ КОМПЗра црс 9 1 нцертрюнсц Вхс)д кцторцгс) яв,)Я.1 я гц ) црзвляюцм вхолцх Вхил 1;цмпз 1,).црз)рз э.лцт 10 задержки сцлицеивцр) Вхцлц: Ясрв)гц элемента И 11 и,Орым Вилом Втцрс)го элемента И 12 Выход 40фЦРМИРЦВ;т Я СИГНаЛОВ ЗаЦРЕта СосЛЦНЕН Ссретьим Вхлсм Второго элемента И 12 ихцлх Врцогц э.емпа (инверторз) НЕ 13,цыхл ;цп рого сс),цен с первым входомрш)г э,сц)цт:. И 11 Выход ц рвцго элс.мс .гз И 11 Олипс ц с входом первого расирит.ц 14 Всл,ссэв, выход которцгц сое.1:це цср: Второй элемент (инвертор) ИЕ 15рвы) Вхс)л)л второго элемента И 12, а так:;с. 5 В.Я.тЯ с)тключающим Выходом с Гройстц. В,хц, трс элемента И 12 соединен с;ц.м Втцрцгрзсцирителя 16 импульсов,50ш,кол копрого снлинен через третий элем с и г (ц Вс р р ) 11 Е 17 с третьим Вхцлцм),ц.крс гцзя рдлиззция усгрцйст цз м,ВцццСКС) раэ,1 с,СНИЯ ВтцрцццЬ. С -с трансформаторов тока и цепей устрой.тва, а также для трансформации тока, втекающего в устройство, Блок датчиков 1 тока содержит промежуточные трансформаторы тока -- по одному на каждый трансформатор тока в рассматриваемой фазе, т. е. ца каждое плечо защиты, первичные обмотки которых являются входами этого блока, а вторичныевыходами, причем одни одноименные концы вторичных обмоток датчиков объединены и являются общим дифференциальным) выходом блока. Многоплечий диодный полумост 2 содержит соответствующее количеству датчиков тока количество пар диодов, при этом катоды и аноды диодов объединены и являются выходами диодного полумоста 2, а входами являются точки соединения анода одного диода с катодом другого в каждой зре дилцв. Мцогоцлечий диодный полумост 2 црслндзначен для разделения, раздельного су)мировация цолуволн положительной и отрицательной полярностей токов плеч., вуплечая схема 3 сравнения со средней точкой состоит из трех резисторов и двух последовательно включенных стабилитронов, причем два последовательно включенных резистора Включены параллельно стабилитроцам, з третий резистор включен между обшей точкой стабилитронов и точкой соединения лвух резисторов. Двуплечая схема 3 сравнения предназначена для формирования напряжений, пропорциональных суммам п)лувцлц положительной и отрицательной цц,ярц)стей токов цлец, и ограничения их цз уровнях напряжения стабилизации стабилитроццв.Ь.)ск 5 дифференцирования предназначен лля лифференцирцвания дифференциаль и)го тока,Ицрциоцнце звено 6 предназначено для кцм:енсации усиления дифференциатором 5 частот. превышающих 50 Гц (основную гармсшику ).Блок формирователя 7 сигналов запрета сцдер кит лва кцмпаратора 18 и 19, два лицла 20 и 21, нзгруз)чный резистор 22, ксэнленсзпор 23 и инвертор 24, при этом вход формирователя 7 сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом компаратора 18 и инвертирующим входом компаратора 19, цри этом инвертирующий вход компаратора 18 подключен к источнику положительного опорного напряжения, а неинвертируюший в.сол ксхпзратора 19 - к источнику отрипзтльццго опорного напряжения. Выходы кцмцаратцрцв 18 и 19 подключены к анодам лицлВ 20 и 21, катоды которых объедиццы В общую точку с входом инвертора 24, цлцнм концом нзгрузццного резистора 22 и конденсатора 23, другие концы которых за- :гЯы. Выход инвертора 24 является выхслэм формирователя сигналов запрета. Послслций предназначен лля формирования5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигнала при превышении сигналом на его входе отрицательного или положительного порогового уровня, сдвига заднего фронта сигнала на время 12 и инвертирования этого сигнала.Сумматор 8 предназначен для суммирования напряжения, пропорционального ограниченной сумме положительных полуволн токов плеч с проинвертированной ограниченной суммой отрицательных полуволн токов плеч.Компаратор 9 предназначен для формирования импульсов 5 с уровнем напряжения логической единицы при превышении напряжением, пропорциональным сумме модулей токов плеч, определенного порогового уровня.Элемент 1 О задержки предназначен для задержки переднего фронта импульсов 5 на время ( .Элементы НЕ 13, 15 и 17 являк)тся сган. дартными.Расширители 14 и 16 импульсов также выполнены по стандартным схемам.Работа устройства основана на том, что в переходном процессе даже при самых неблагоприятных условия.х трансформатор тока (ТТ) входит в насыщение пе сразу, а спустя определенное время, в теченис которого трансформация тока Осуществлястся практически без погрешности.При использовании данного устройства для повышения устойчивости функционирования защит линий, включенных нд сумму токОВ От ТТ, информдци 51 0 тОке. нз противоположном конце линии к устройсВу не подводится, поэтому до насыщения какого- либо ТТ в дифференциальной цепи протекает ток, соответствующий току в защищаемой линии.При внешнем КЗ (точка К 1 на фиг. 2) через ТТ за 1 циты линии протекаст значительный сквозной ток, а ток О 1 линии (фиг. 3) существенно ограничен сопротивлением линии. ДО насыщения какого-либо ТТ по дифференциальной цепи протекат ток, соответствующий току в линии, от ко. торого устройство огстраивается по уставке дифференциального канала. Если кратность, апериодическая слагающая и постоянная времени апериодической слагак)щей сквозного тока велики, что возможно, если КЗ произошло на шинах, к которым подключена линия, или вблизи их, и) ТТ насыщаются. При насы(цении какого-либо ТТ в дифференциальной цепи появлястся значительный ток небаланса, который превышает уставку по дифференциальному каналу.Таким образом, признаком внешнего КЗ является отставание во времени появления тока Ибаланса в дифференциальной пепи, вызванного насыщением ТТ от появления тока КЗ, проткзкщего В ТТ плч защиты. Однако В последующих за первым периодах такой характер переходного процесса возможен только при глубоких насыщениях ТТ и активнои нагрузке, близкой по величине к предельной (переходный процесс первого рода). При этом ТТ В каждой положительной полуволне (совпалзк)щей по знаку с апериодической слагающей) входит в насыщение, а в отрицательной - выходит, и трансформация вновь происходит без погрешности (кривые 1 и ь,на фиг. 3). В случае, когда нагрузка ТТ и ток КЗ значительно меньше предельных, но псстоянная времени апериодической слагдюп 1 й тока КЗ велика, ТТ также может насыщаться, однако характер этого процссз иной (переходный процесс второго рода). В этом случае ТТ в теченис нескольких периодов не выходит из насысцения, дифференциальный ток может при этом не проходить через нуль. Восстановлени боковых пдхз основано на том, что в начал к;жлой вложительной полуволны первичноО гока в течение некоторого промсжуткз времени и к намагничивания ндсып(снИго ТГ хоть и и равен нулю, но мыло из)сстся но Вличине, что на оциллогрдммдх грдфички вырзжсется в том, чтО 1 это 1 хчдстк криВые первичного и Вторичн)ГО окВ рдктически параллельны (крипи : нд фиг. 3). Г 1 оэтсму Воссанонсенис пдуз В лифференцизльном Гск,сос) иг. х я сО лифф- рЕНцирОВдНИЕМ. КОзф 1) ИНИСНПрдачи,нфференшаторд прямо пр )ОрГио 1,1, чд;ОГС ВХОЛНО О .11 ГНЫЛД И, .,11)ВС) СХ) 1 , )1 П литуды всехстдвляк)нх Гокд КЗ ). той, превып 1 к)п(е, чд то ) ) Нн к Игии составляющей (5( Ец), ув.Нчик 5 Нри лиффренцировании отно изл,н;хпгНту Лы принужЛенной сссВГЯИй.,1 л 51 кс)х 1- пенсдции этого х В ичсния и;1;,-,с тдх, р- Вы и 3 к)щи х чы 1 Отх Н 1)и и) 5 клиной Ос Гс .1 я. к)1 ци (50 1 ц), ВВдено и 1)(ион.Всно.11 ри Внутрнних КЗ (тчк, К нд фи ) ток в лиферпци;льной . ч1 иг. 4) ИО 51 В.ястя Олноврь 1 н 1) )к х 1 и 1, с 1 и 1,.ч что яВ,ятся 1)изкох Вну Грсннего КЗ. Некоторое здпд1 ынднис с гп,1 производной лисфс ренцидль.кд при прохождении его через иц рцииис вс но компенирхегся здлр ккйи н;1,1,1у) мы модулей токов плс ч элс )1) и ц ржки 11 ричем д,1 игльность зд.11 я ки ныбирдс тся )аким Образом, ч)О(1 Ири днлр Нх КЗ сигнзл суммы м)лх.)с й ики; плсрих- лил не раньшс сиг 111,51 лиффрс Ии;л,го тока.Признаком прхолс ВнпИ ) КЗ В В) 1- реннее в той же фдзе Ян,ястся исс нцние пауз в пролис)ференцировзнном и прошедшем через инрцннис звс Н .шфф- ренциальном токе при нд.и Ни )Оков В плечах, т. е. сигнадуммы хОл). с и токов плеч.В ссотвтсвии с из,Оя с м.ори) м рзссгы устрой)вс м) к .В,:.ГхО 1 цим образом.1 При превышении сигналом, пропорциональным сумме модулей токов плеч, определенного уровня формируется логический сигнал 5, из которого далее формируется логический сигнал 50 передний фронт которого отстает от переднего фронта сигнала 5 на время ).2. Из сигнала производной дифференци.:)л)нного гока, прошедшего через инерционное звено на определенном уровне 1, по положительной и отрицательной полярности формируется логический сигнал Й, который удлиняется на время 1.(с( 0).3. При наличии сигнала 5 О и отсутствии4сигнала Й О и сигнала отключения Т с выхода канала отключения в канале блокирования формируется сигнал блокирования Я, соответствующий наличию участка идеальной трансформации, который запоминается (удлиняется) до момента следующей идентификации, которая при глубоких насыщениях может отсутствовать в нескольких пос.чедукцих периодах. Сигнал, удлиненный ло 60- 80 мс, блокирует канал отключсния и защиту от излишнего срабатывания. 4. Г 1 ри наличии сигнала 5 О," и сигнала ( 0 и а также отсутствии сигнала Блокирование от канала блокирования в каналс отключения формируется сигнал Т Отключение, который удлиняется на время, )гсобхолимое лля срабатывания выклю)а).)я, идет на отключение выключателя и б,)окнрование канала блокирования.1)абта устройства в соответствии с алгоригмом в режимах внешнего и внутренпсч ) КЗ. 11 ри возникновении внешнего КЗ (точка К на фиг 2) через один ТТ начинает протекать сквозной для данной защиты ток, а через другой этот же сквозной ток подпитки КЗ от источника, находящегося па )ротивопо,чожцом конце линии, величина котороп) существенно ограничена сопротивлснисм .)инии. Гиаграмма, поясняющая раб)о) устройства при внешнем КЗ, приведена па фиг 3. При превышении напряжения на выходе с мматора 8 (фиг. 1), пропорционально)о сумме модулей токов плеч 1, по)Оп)е)п) напряжсния 1,у (фиг. 3), комара)ор 9 (фиг. 1) формирует логический сигнал 5 (фиг. 3), передний фронт которо) о задерживается элементом 10 задержки (фиг. 1) на время 1) (5 О, на фиг. 3). Логич)скис сигналы д (фиг. 3) формируюгся при помощи лифференциатор;) 6 (фиг. 1), инсрционного звена 6 и лв) х нмпараторов 8 и 19 на заданном уровне(фиг. 3). Уровень выбран таким, цтобы сигнал Й не формировался при протекании по лифференциальной испи тока, соответс гвук)щего току )п)лпитки КЗ, протекающему по линии Сигнал на выходе компараторов 8 и 19 (фиг 1) и на выхоле схемы И г)И,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 собранной на диодах 20 и 21. появляется только после насыщения какого-либо ТТ. Удлинение и инвертирование производится при помощи конденсатора 23, резистора 22 и инвертора 24. Г 1 оскольку до насыщения какого-либо ТТ сигнал д (фиг. 3) отсутствует, на первом входе элемента И 11 (фиг. 1) имеется потенциал низкого уровня и, следовательно, на выходе этого элемента и расширителя 14 импульсов сигнал низкого )ровня (фиг. 3), а на выходе инвертора 15 (фиг. 1) - сигнал высокого уровня, который подается на первый вход элемента И 12. На второй вход этого элемента подается сигнал высокого уровня 5 О, а на третий - сигнал высокого уровня с выхода инвертора 24 (фиг. 1), соответствующий отсутствию сигнала. Таким образом, на всех трех входах элемента И 12 имеются сигналы высокого уровня и, следовательно, на его выходе появляется сигнал высокого уровня (фиг. 3), который удлиняется расширителем 16 импульсов (фиг. 1) до 60 -80 мс и через инвертор НЕ 17 поступает на третий вход элемента И 11, запрещая его срабатывание и выдачу сигнала на отключение выключателей защищаемой линии. Сигнал с выхода рас ши рител я 16 и м пульсов блокирует защиты линии от излишнего срабатывания. Наличие участка идеальной трансформации контролируется во всех последующих периодах переходного процесса. Его наличие воспринимается как признак внешнего КЗ, на выходе элемента И 12 формируется сигнал Я (фиг. 3) высокого уровня, который поддерживает потенциал высокого уровня на выходе расширителя 16 импульсов.При внутреннем КЗ (точка К 2 на фиг. 2) сигнал д О (фиг. 4) появляется несколько раныпе формирования сигнала 5 О так как ток, протекающий в дифференциальной цепи равен сумме токов, протекавших в плечах зашиты, а уровень формирования )выбирается ниже уровня формирования Ь) и сигнал 5 задерживается элементом задержки на время 1). Гри наличии сигнала с)Хф;)сО. на третьем входе элемента И 12 имеется низкий уровень и, следовательно, на его выходе и выходе расширителя 16 импульсов имеется сигнал низкого уровня (фиг. 4) а на выходе инвертора НЕ 17 - сигнал высокого уровня, который подается на третий вход элемента И 11. На его первом входе имеется сигнал высокого уровня дХ КОсь на втором - сигнал высокого уровня Ь О, и, следовательно, на его выходе формируется сигнал высокого уровня Т (фиг. 4), который удлиняется расширителем 14 импульсов до времепи, необходимого для отключения выключателя. С выхода расширителя 14 импульсов сигнал высокого уровня поступает на отключение выключателей поврежденной линии и через инвертор НЕ 15 (фиг. 1 - на третьей нхол элемента И 2, блокируя его от срабатывания.На внутреннем КЗ со сдвигом фаз токов плеч устройство в первом периоде работает аналогично изложенному. В последук- щих периодах сигнал д может отсутствовать в течение некоторого времени при наличии сигнала 5 О так как дифференциальный ток переходит через нуль при не равных нулю токах плеч. Для перекрытия этого времени введена задержка на возврат на время 1 сигнала А длительность которой в расчетном случае должна быть достаточной, чтобы на выходе инвертора 24 (фиг. 1) постоянно был логический нуль.Таким образом, описанный алгоритм работы устройства обеспечивает высокую устойчивость идентификации внешних и внутренних КЗ как в первом периоде, так и в последующих, что обеспечивает устранение излишних срабатываний защиты цри внешних КЗ с высокочастотными свободными составляющими в токе КЗ, а при близки внутренних КЗ, сопровождающихся пасы щением ТТ ло срабатывания основной защиты линии, обсспечиает формировдцие сигнала на отклкчсцие выключателей поврежденной линии с высоким быстродействием25Формула изобретенияУстройство для защиты электроустано- ки, содержащее блок датчиков тока, олцц концы вторичных обмоток которьх обьелц.иены, а другие присоединены к мцогоцлсчему диодному полчмосту, катоды и дцодь диодов которы обьедицены и цодклнчецы к лвуплечей схеме сравнения со средней точкой, дифференциальное сопротивление нагрузки, включенное чежду общей точкой вторичных обмоток лдтчиков тока и средней точкой семы сравнения, кстсрдя црц эгоч заземлена, блок дифферецццродцця, хол которого соединен с цездзечлсццыч к)ццох дифференциального сспротивлс ция ц;1) зкц, формирователь сигналов запрет, кпдратор, цнвертируюсций вол кстсрогс является его управляющим холом, сли)ссщ- ея тем. что, с цельк повышения устйчцности функционирования усроса, него дополнительно введены сумматор, лвд элемента И, три элемента НЕ, ла расширителя импульсов, элемент задержки, инерционное звено, при этом вод инерционного звена соединен с выхолоч блока лиффсренццрования, а ыхол соелинец с входом формирователя сигналов запрета, выол которого соединен с третьич входом вторно элемента И и входом первого элечецтд НЕ, выход которог ссслцецперым лом первого элемента И, цеццертирукццй о; сучмагорд соединен с кдголдми цнсртцрующий вход с ацлами лцоломцопплеч го диодого пс, чист;, црц эгоч и од смматора ссслицсцец;сргцр )цс одом компараторд, вхо, э,сс)1 д - лержки соелицец с ыц ч кочц;р;тора, а выхол -- с втсрыч волоч псрого э:- мента И и вторымлоч горго элеецтд 11, ход первого расшцрцгс,я пуг,осое,сц. нец с ьолоч пероо э,)мсц И, д ы хол является ок.ккцшч ыс,)ч стройствд и соедин ,ло: )рг ) э,сец. тд НЕ, ыхол кстрог ск:,ццц ;срыч ходом то элсмс 1 И, )то 1 рдс ци 1 те,ильс)е), ,о,с) торого ,с,сц "д 11,; ы л). ц)ляг я бло к р ким ыхолорс г ц с ое.с цсц с хо,1 о1 сть ) ф) эгц;,сч 111 хо, Ьотор) Го соеди сц с тр,ц о,;) сро ) элечс цтд И.,И С( Р ио ге ам и Ра 5 гислая наГаприи 1 и,к Кррек гор , КриввнаПодписигзогреений и открытий