Устройство для селективной сигнализации замыкания на землю в компенсированной и некомпенсированной сетях

(51)М. Кл. Н 02 Н 3/16 Гасударственный комитет СССР до делам изобретений и открытий,925 (088.8) Дата опубликования описания 15.07,80(72) Авторы изобретения 1, Лебедев и В, А. Шунн Ивановский энергетический институт им, В. И. Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В КОМПЕНСИРОВАННОЙ И НЕКОМПЕНСИРОВАННОЙ СЕТЯХ 1Изобретение относится к области релейной защиты, а именно к устройствам для селектив. ной.сигнализации замыканий на землю в компенсированных и некомпеисированных сетях.Известны устройства подобного назначения, основанные на использовании принципа сравнения амплитудных значений переходных токов в присоединениях 1).Основным недостатком подобных устройств является возможность неправильной работы10 фиксации поврежденного присоединения с наибольшей амплитудой тока при несинхронности ипи несинфазности напряжений на входах схемы сравнения, возникающих за счет различия частот и фаз переходных токов в поврежден 15 ном и неповрежденных присоединениях, а также за счет погрешностей преобразования токов в напряжения на входах схемы сравне. ния при наличии на присоединениях трансфор. маторов тока нулевой последовательности (ТТНП) разных типов или неодинаковом числе однотипных (ТТНП), когда в отдельные моменты времени (в том числе и в начальный момент времени) мгновенные значения напряже. ний на входах схемы сравнения, подключен.ных к неповрежденным присоединениям, могутбыть больше, чем на входе, подключенномк поврежденному присоединению,Известно устройство в котором примененспециальный амплитудный дискриминатор,выполненный на магнитно-диодных дискретныхэлементах, обеспечивающий выбор входа снаибольшей амплитудой независимо от различия частот и фаз токов в присоединениях,а также типа и числа ТТНП на присоединениях 21.Основным недостатком устройства являетсяневысокая технологичность, а также относительно высокие сложность и стоимость егоизготовления, обусловленные применениембольшого числа малотехнологичных намоточныхизделий - трансформаторов на сердечникахс ППГ с большим числом обмоток. Указанныенедостатки ограничивают возможности серийного изготовления данного устройства,В устройстве, применяющем запоминающиеконденсаторы, формирующие на входах схемысравнения импульсы напряжения одинаковой О П И С А Н И Е (и)748632ИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ10 15 3 748формы с амплитудой, пропорциональнойамплитуде тока в данном присоединении, обеспечивается высокая устойчивость функционирования при любых искажениях формы вход.ных сигналов 3,Недостатками этого устройства являйтсяналичие электромеханического шагового искателя, имеющего недостаточный для устройстварелейной защиты диапазон рабочих температур от +15 С до +35 С, возможность неправиль.ных действий устройства при перемещающихся замыканиях на землю (когда напряженияна запоминающих конденсаторах могут изме.няться в течение времени работы шаговогоискателя), невозможность универсального конструктивного выполнения устройства, пригод.ного для использования как на объектах смалым, так и с большим числом присоединений.Указанные недостатки ограничивают возможНость Широкого применения данного устройства.Известно также устройство, основанное напринципе сравнения ампллтудных значений токов в присоединениях, содержащее эапоми.нающие конденсаторы, подключенные через".диоды или вьшрймителыще мосты к вторич.. Мым обмоткам ТТНП, схему сравнения напря.жений на запоминающих конденсаторах в видемаксиселектора на диодах, включенных посхеме ИЛИ на общее запирающее (блокирующее) сопротивление, реагирующие элементы,обладающие памятью, включенные последова.тельно с диодами максиселектора, и пусковойорган, коммутирующий цепь разряда запоминающих конденсаторов, включенный на напряжение нулевой последовательности 30Оно отличается высокой устойчивостьюфункционирования при любых искажениях фор.мы входных сигналов за счет применениязапоминающих конденсаторов, простотой схемы,относительно высокой технологичностью,большим диапазоном рабочих температур 14. Недостатком указанного устройства являетсяпоследовательное включениереагирующихэлементов с диодами схемы сравнения-макси.селектора, что ограничивает область устоичи.вой работы и чувствительность, Это объясни.е 1 ся тем, что при последовательном включенииреагирующих элементов минимальная разностьнапряжений на запоминающих конденсаторахЬ О при которой устройство срабатысР МИЧвает, существенно зависит от соотношениямежду величинами общего блокирующегосопротивления 2 и внутренними сопротив.пениями реагируюших элементов8 Дляполучения малых ь Оср. ми необходимых. для получения широкой области устойчивойработы, необходимо иметь Е м 2,.- чтоприводит к снижению чувствительности уст 20 30 35 40 45 55 1 ройства, определяемой минимальным значением напряжения на запоминающем конденсаторе поврежденного элемента Опри кото.ром устройство срабатывает, Удовлетворить противоречивые требования получения одновременно малых .а Оср мин и "сР мин при последовательном включении реагирующих элементов в цепи максиселектора практически трудно. Другим недостатком этого устройства является использование тиристоров в несцецифических для ннх, ио характерных для уст.ройств, выполненных на данном принципе,режимах большой кратности входного сигнала, когда без специальных мер, отсутствующихв схеме данного устройства, не могут быть выполнены одновременно условие надежноговключения тиристора при минимальном напря"жении на запоминающем конденсаторе и усло.вие непревышения предельно допустимых длятиристора параметров по цепи управляющегоэлектрода при максимально возможном напряжении на запоминающем конденсаторе. Позто. му данное устройство может обеспечить надежную работу только при небольшой кратностивходного сигнала. Эти недостатки уменьшаетобласть устойчивой работы устройства, егочувствительнссть и надежность и тем самымограничивают область его возможного прае.нения.Наиболее близким по технической сущностиявляется устройство, содержащее включенныев каждое присоединение трансформаторы токанулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующиеэлементы и выпрямительные мосты по входаммаксиселектора на диодах подключенных посхеме ИЛИ к запоминающим конденсаторам,компаратор, по числу, присоединений, реагирующие элементы обладающие памятью, подклю.ченный к трансформатору напряжения нулевойпоследовательности пусковой орган с выходными элементами Щ.Однако наличие в ием полупроводниковыхключей, которые управляются распределителем,питаемым тактовыми импульсами от генератора, схем совпадения усложняет устройство,понижает надежность его работы и быстродей. ствие.Цел изобретения - упрощение, расширение области устойчивой работы, повышения быстродействия и надежности.Эта цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующие элементы и выпрямительные мосты по входам максиселек. тора на диодах, подключенных по схеме ИЛИ7486 Пусть, йапример Ону ,О,1 к запоминающим конденсаторам, компаратор,по числу присоединений реагирующие элементы, обладающие памятью, и подключенныйк трансформатору напряжения нулевой последовательности пусковой орган с выходнымиэлементами, введены дополнительные компара.торы по числу присоединений,выполненныена операционных усилителей постоянного тока,при этом одни из входов этих усилителейподключены к плюсовым выводам соответ Оствующих запоминающих конденсаторов, другиевходыобъединены и подключены к выходувновь введенного эмиттерного повторителя,вход которого через первый выходной элементпускового органа подключен к выходу макси. 15селектора, причем выходы операционных усилителей постоянного тока через вновь введенные соответствующие диоды и второй выходной элемент пускового органа подключены купомянутым реагирующим органам. 20На фиг. 1 приведена принципиальная схемапредлагаемого устройства для селективнойсигнализации замыканий на землю; на фиг. 2 -временные диаграммы.25Устройство состоит из идентичных для каж.дого присоединения узлов. Каждый узелвключает согласующий элемент 1, подключен.ный к ТТНП 2, выпрямительный мост 3,запоминающий конденсатор 4, диод 5, компа рратор напряжения на операционном усилителепостоянного тока б, диод 7, реагирующийэлемент 8, обладающий памятью (например,тиристор, триггер и т.п.), Диоды 5, подключенные по схеме ИЛИ к плюсовым выводамзапоминающих конденсаторов 4, вместе с общим блокирующим конденсатором 9, шунти.рованным большим разрядным сопротивлени.ем 10, образуют максиселектор, обеспечивающий выбори выделение на конденсаторе 9 4 Онаибольшего из напряжений на запоминающихконденсаторах, Диоды 7 обеспечивают. направленность действия реагирующих элементов 8,Общими элементами для всех узлов являются: пусковой орган, выполненный, например, 45в виде реле 11 с контактами 12 и 13, вклю.ченного через выпрямительный мост 14 и активно-емкостный контур 15 и 16 на напряжение 3 О, и эмиттерный повторитель выполненный на составном транзисторе 17 и 18 ссопротивлением в цепи эмиттера 19,Устройство работает следующим образом.При замыкании на землю запоминающиеконденсаторы 4 заряжаются до напряжений,пропорциональных амплитудам токов в присое.динениях, а конденсатор 9 через диоды 5до найряженияО =о О-д С 4)У 32 6гдето,с,-максимальное из напряжений на запоминающих конденсаторах;Р - падение напряжения на диоде,5,9После заряда конденсаторов 4 и 9 срабатывает пусковой орган (собственное время сраба.тывания реле 11 значительно больше временизаряда конденсаторов 4 и 9) и замыкает сна.чала контакт 12, а затем 13 (что нетруднообеспечить соответствующей регулировкой контактов реле). При замыкании контакта 12коденсаторы 4 начнут разряжаться череэвходные сопротивления операционных усилителей6, а конденсатор 9 - через большое входноесопротивление эмиттерного повторителя йвх поат1 ла р, оов где 01,0,.0, - . напряжения на запоминающихконденсаторах, подключенных соответственно к присоединениям 1,211.Напряжение на выходе эмиттерного повтори. теля (учитывая, что коэффициент передачи по напряжению повторителя на составном транзисторе близок к 1) Вь 1 к.поетНо= поп = 4(З)Знак сигнала на выходе операционного усилителя постоянного тока определяется знакомразности напряжений, поданных на его входы,С учетом этого и соотношений (2) и (3)при подаче напряжения 13 в поВ, например,ЬЫх,побт,на инвертирующие входы, а напряжений04,О,.Оп на неинвертирующие входы операционных усилителей= доо-н+е ,Если Вдостаточно мало, что нетруднообеспечить выбором соответствующего типа диодов 5, и 01-Оъто ыдоНвь,х=+ 1ае 1 дзовык " МК "вью, т.е, на%выходе операционного усилителя, подключен.ного к поврежденному присоединению, появитсянапряжение положительного знака, а на выходах операционных усилителей, подключенныхк неповрежденным присоединениям, напряжения отрицательного знака, Появление напряже.ния положительного знака приводит к сраба.тыванию реагирующего элемента 8 данногоТак как блокирующий конденсатор 9 под. ключен к входам операционных усилителей 6 через эмиттерный повторитель, обладающий большим входным сопротивлением Р р (Длл УвеличениЯ Явг эмиттеРный повто. 5 ритель выполнен на составном транзисторе), то конденсатор 9 разряжается медленнее, чем запоминающие конденсаторы 4 (фиг, 2,а). Этим обеспечивается сохранение на выходах операционных усилителей, подключенных к неповре- . 10 жденным присоединениям, напряжения отрицательного знака до момента возврата пускового органа фиг. 2,б) и реагирующие элементы неповрежденных присоединений сработать не могут.15Конденсатор 15, включенный последовательно с обмоткой реле 11 пускового органа, обеспечивает его автоматический возврат спустя заданное время как при кратковременных, так и при устойчивых замыканиях на землю. Со. противление 10 обеспечивает полный разряд конденсаторов 4 и 9, а сопротивление 16 - разряд конденсатора 15 и тем самым возврат схемы устройства в исходное состояние.Таким образом, в предлагаемом устройстве величины дОс; и 0 ср.мизависят только от величины, Е 9, которое может быть обеспечено сколь угодно малым, и от чувствительно операционных усилителей постоянного тока. Последняя же, как известно, очень высока, особенно у операционных усилителей постоянного тока, выполненных на интегральных микросхемах. Операционные усилители постоянного тока предназначены для работы в условиях большой кратности входного З 5 сигнала, что соответствует специфике работы устройств сравнения токов в присоединениях и позволяет обеспечить высокую надежность их работы на различных объектах независимо от числа присоединений, их протяженности, чис 40 ла и типа ТТНП на присоединениях.Формула изобретенияУстройство для селективной сигнализации замыкания на землю в компенсированной и некомпенсированной сетях, основанное напараллельном сравнении амплитуд токов вприсоединениях, содержащее включенные вкаждое присоединение трансформаторы токанулевой последовательности, вторичные обмоткикоторых подключены через согласующие элементы и выпрямительные мосты ко входам максиселектора на диодах, подключенных по схемеИЛИ к запоминающим конденсаторам, компара.торпо числу присоединений реагирующие элементы, обладающие памятью, и подключенный,к трансформатору напряжения нулевой последовательности пусковой орган с выходнымиэлементами, отличающееся тем,что, с целью упрощения, расширения областиустойчивой работы, повышения быстродействияи надежности; введены дополнительные компараторы по числу присоединений, выполненныена операционных усилителях постоянного тока,при этом одни из входов этих усилителейподключены к полюсовым выводам соответствующих запоминающих конденсаторов, тогдакак другие объединены и подключены к выходу вновь введенного эмиттерного повтори.теля, вход которого через первый выходнойэлемент пускового органа подключен к выходумаксиселектора, причем выходы операционныхусилителей постоянного тока через вновьвведенные соответствующие диоды и второйвыходной элемент пускового органа подклю.чены к упомянутым реагирующим органам,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР М 319990,кл. Н 02 Н 3/28, 1966.2, Авторское свидетельство СССР М 370691,кл. Н 02 Н 3/16, 1970.3, Авторское свидетельство СССР У 162208,кл. Н 02 Н 3/16, 1961.4. Авторское свидетельство СССР Хф 419815,кл. О 01 В 3102, 1972. 5, Авторское свидетельство СССР ло заявкеУ 2064118, кл. Н 02 Н 3/16, 1974.748632 Жива.Составитель Л, ВаськаТехредЖ, Кастелевич Коррек едактор Г. Волкова Заки 4378(16 Тираж 783 Подпися ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская иаб д, 4/5