Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты)

Сфез Соеетсник Сфцнаннстнчвсннк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 1896710(22) Заявлено 110280 (21) 2893998/24-07с присоединением заявки йо 2894000/07(5 ЦМ, Кл,Н 02 Н 3/16 Государственный коиитет СССР по делам изобретеиий и открытийС 53) УДЫ 621.316,925 (088 8) Дата опубликования описания 0701,82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к устройст. вам для защиты от замыкания на земао в сетях с изолированной нейтралью.Известно устройство для централизованной защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсационной нейтралью, содержащее трансформатор напряжения нулевой последовательности (ТННП), к вторичной .обмотке которого подключен пусковой орган (ПО), трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП), установленные на присоединениях и подключенные через преобразователи пере" менного тока в пропорциональное ему выпрямленное напряжение (ПТН) с запоминающими конденсаторами к входам индикатора наибольшего напряжения (ИБН), выходы которого подключены к исполнительным органам (ИО) присоединений 111.Известное устройство не обладает достаточной селективностью при дей.ствии несинфаэных сигналов от токов небаланса.НаибОлее близким по технической сущности к предлагаемому является устройтво для зашиты от замыкания на землю, содержащее. установленные на каждом присоединении ПНИ, преобразователь ток-напряжение с запоминающими конденсаторами, подключенные кИБН, соединенному с исполнительнымиорганами, пусковой орган, связанный.с ТННП .своим входом, а выходом - сблоком управления двумя общими навсе присоединения ключами ( 2).Однако известное устройство может неселективно работать при заряде запоминающих конденсаторов сигналами небаланса, обусловленными,например, токами нагрузки. Кроме того,на процесс заряда конденсаторов и соответственно замера амплитуд тока 15 заклинания на землю оказывают влияниевходные сопротивления ИБН (прямая проводимость транзисторов на поврежденном присоединении и обратная проводимость транзисторов на неповрежден ных присоединениях), что также снижает точность. работы устройства защиты.Цель изобретения - повышение селективности работы путем увеличенияточности замера амплитуд контрольныхсигналов.Укаэанная цель достигается тем,что в известное устройство, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные 30 трансформатор тока нулевой последо 896710вательности, преобразователь токвыпрямленное напряжение, запоминающуюячейку, индикатор наибольшего напряжения выходы которого подключены ксоответствующим исполнительным органам, пусковой орган, подключенный5своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, авыходом - по входу блока управления,выход которого подключен к управляющим входам ключа и выключателя, введены дополнительные .ключи, общее количество которых равно числу присоединений, элемент фиксации срабатывания исполнительных органов, причемуказанные ключи включены параллельнозаполняющим ячейкам, выполненным посхеме с закрытым входом, а дополнительный вход блока управления соединен с выходом элемента фиксации сра- .батывания исполнительных органов,включенного последовательно с выключателвм в цель питания исполнительных органова выход блока управления подключен также к управляющимвходам всех дополнительных ключей.При этом блок управления выполнен 2иа элементе "Запрет", управляющийвход которого через элемент И соединен.с элементом НЕ и с элементом "Выдержка времени".На фиг. 1 приведено устройство для ЗзащитЫ от однофазного замыкания наземлю, 1-й вариант, на фиг. 2 - тоже, 2-й вариант,Устройство содержит ТННП 1, к вто- З ричной обмотке которого подключен ПО 2, ТТНП 3 и 4, установленные на присоединениях 5 и 6 соответственно и связанные через преобразователь 7 и 8 тока в выпрямленное напряжение (ПТН) входами ИБН 9, выходы которо го подключены к ИО 10 и 11, размыкающие ключи 12 и 13, подключенные параллельно выходам ПТН 7 и 8, управляющие входы которых подключены к выходу блока 14 управления, первый вход 45 которого подключен к выходу ПО 2, а второй - к выходу элемента фиксации срабатывания исполнительных органов ЭФС 15, замыкающий ключ 16, включенный последовательно с ЭФС 15. 0ПТН 7 и 8 выполнены в виде транс- реакторов 17 и 18, конденсаторов 19 и 20, диодов 21 и 22 и разрядных резисторов 23 и 24.ИБН 9 выполнен на транзисторах с обими резистором и накопительным ко 4 енсатором и на импульсных трансформаторах.ИО 10 и 11 содержат тиристоры и катушки отключения выключателей присоединений 5 и 6, 60Блок 14 управления содержит элементы "Запрет" 25, совпадения 26, НЕ 27 и "Выдержка времени" 28.Устройство работает следующим образом. 65 При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ПО 2, ИО 10 и11, ЭФС 15 и элемент "Выдержка времени" 28 находятся в исходном состоянии.Ключи 12 и 13 замкнуты, аключ 1 Ь разомкнут.При возникновении замыкания наземлю, например, на присоединении5 срабатывает ПО 2 и производитсяпуск элемента 28 выдержки времени.Одновременно замыкается ключ 16 иразмыкаются ключи 12 и 13, конденсаторы 19 и 20 начинают заряжаться.Спустя заданную выдержку времени,достаточную для заряда конденсаторов 19 и 20 до максимальных амплитуд, срабатывает элемент 28 и ключи12 и 13 замыкаются. В результате навсе входы ИБН 9 подаются сигналы,пропорциональные токам нулевой последовательности, причем на поврежденномприсоединении величина тока замыкания,как правило, наибольшая. Поэтому .откроется верхний транзистор и произойдет разрядка накопительного конденсатора ИБН 9 на первичную обмоткуверхнего импульсного трансформатора.Вследствие этого сработает ИО 10 ивыключатель присоединения 5 отключится,При срабатывании исполнительногооргана 10 (открытии верхнего тиристора) срабатывает ЭФС 15 и снимаетсясигнал с управляющего входа элемента"Запрет" 25. В результате ключи 12 и13 размыкаются, чем исключается возможность неселективного срабатыванияисполнительных органов неповрежденныхприсоединений из-за более быстрогоразряда конденсатора (запоминающего)с максимальным напряжением.После отключения поврежденного присоединения ПО 2 и элемент 28 выдержкивремени возвращаются в исходное состояние, ключи 12 и 13 размыкаются, аключ 16 размыкается. Возвращается висходное состояние и ЭФС 15. Устройство готово к повторному действию,Аналогично устройство работает призамыкании на присоединении б,При появлении на выходах ТТНП 3 и 4сигналов небаланса конденсаторы 19и 20, будучи зашунтированными ключами12 и 13, от этих сигналов не заряжают-ся. Поэтому сигналы небаланса никакого влияния на точность работы ИБН 9,а следовательно, и на селективностьзащиты не оказывают,Несинфазность сигналов, достигающая наибольшего значения в начальный момент заряда конденсаторов 19 и 20, также не оказывает никакого влияния на селективность работы, поскольку, конденсаторы 19 и 20 заряжаются через диоды 21 и 22, падение напряжения на которых, обусловленное зарядным током, имеет знак, противоположный знаку на45 50 55 60 65 пряжения отпирания транзисторов ИБН9. Введение в устройство для защитыот замыкания на землю размыкающихключей с блоком управления и выполнение запоминающих ячеек по схеме сзакрытым входом позволяет выполнитьболее селективную защиту и способствует в конечном итоге повышению надежности электроснабжения и безопасности при эксплуатации электроустановок.Устройство может фиксировать какпереходные, так и установившиесязначения тока замыкания на землю.Второй вариант устройства для защиты от замыкания на землю обеспечиваетповышение чувствительиости и селективности работы и содержит установленные на каждом присоединении пос,ледовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности,преобразователь ток - выпрямленноенапряжение и запоминающую ячейку,блок сравнения, выходы которого подключены к соответствующим исполнительнЫм органам, соединенными с соответствующими катушками отключения,пусковой орган, подключенный своимвходом к трансформатору напряжениянулевой последовательности, а выходом " ко входу блока управления,выход которого соединен с управляющим входом ключа, введены интегрирующие элементы по числу присоединений, дополнительные размыкающие ключи общее количество которых равночислу присоединений, элемент НЕ, аблок сравнения выполнен на пороговыхэлементах по числу присоединений,первые входы которых подключены к источнику опорного напряжения, а вторые - к выходам интегрирующих эле"ментов, входы которых соединены свыходами соответствующих запоминаю"щих ячеек, а исполнительные органывыполнены на Й 5-триггерах, прямыевыходы которых подключены к вновьвведенному элементу И, выход которого соединен с дополнительным входомблока управления, выход которогоподключен также к управляющим входамвсех дополнительных размыкающихключей, которые включены параллельно выходам соответствующих интегрирующих элементов, причем выход пускового органа соединен через элементНЕ с 5-.входами упомянутых триггеров,инверсные выходы которых соединеныс соответствующими катушками отключения,При этом блок управления выполнен на элементе ".Запрет", выход которого подключен .к В-входу Й 5-триггера, 5-вход которого с запрещающим входом элемента "Запрет" подключены к выходу элемента ИЛИ, к первому входу которого включен выход элемента 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 И, второй вход элемента ИЛИ соединенс выходом элемента "Выдержка времени", вход которого подключен кинверсному входу В 5-триггера.Устройство содержит ТННП 29, квторичной обмотке которого подклю"чен ПО 30, ТТНП 31 и 32, установленные на присоединениях 33 и 34 и связанные через последовательно соеди"ненные ПТВН 35 и 36, и запоминающиеэлементы 37 и 38 с интегрирующимиэлементами 39 и 40, компараторы41 и 42,первые входы которых присоединены к источнику опорного напряжения ИОН 43, а вторые - к выходаминтегрирующих элементов 39 и 40,ИО 44 и 45, подключенные к выходампороговых жементов 41 и 42, выходные органы - катушки отключенияКО 46 и 47, блок управления БУ 48,входы которого подключены к выходамПО 30 и ИО 44 и 45, ключи 49 и 50,подключенные параллельно выходаминтегрирующих элементов 39 и 40,элемент НЕ 51.ИО 44 и 45 выполнены на К 5-триггерах, автоматическая установка которых в исходное состояние осуществляется элементом НЕ 51.БУ 48 состоит из элементов "Запрет" 52, НЕ 53, ИЛИ 54 у "Выдержкавремени" 55 и триггера 56. БУ 48 соединен с прямыми выходами Н 5-триггеров, выполняющих роль исполнительныхорганов, через элемент "Совпадение"57,Устройство работает следующим образом,При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ПО 30, ИО 44 и45 и выходные органы 46 и 47 находятся в исходном состоянии, Верхниевыходы триггеров 44, 45 и 56 находятся под напряжением (сигнал "1"), нанижних выходах сигналы отсутствуют.Ключи 49 и 50 замкнуты При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присоединении 33 срабатывает ПО 30 и ключи 49 и 50 размыкаются. Одновременно происходит пуск элемента "Выдержка времени" 55. На выходах интегрирующих элементов 39 и 40 появляется постоянное (выпрямленное) напряже" ние, пропорциональное току замыкания на землю. Поскольку на поврежденном присоединении величина тока замыкания, как правило, найбольшая, то на выходе интегрирующего элемента поврежденного присоединенияв рассматриваемом случае на выходе элемента 39) выходное напряжение в любой момент времени будет больше напряжения на выходах остальных интегрирующих элементов. При величине этого напряжения, равной и большей величины опорного напряжения, поступившего на первый вход порогового элемента 41, 896710на выходе последнего появится сигнал и произойдет срабатывание ИО 44.Вследствие этого отключится выключатель поврежденного присоединения 33,После срабатывания И 0 44 триггер 56 возвратится в исходное состояние и ключи 49 и 50 вновь замкнутся, чем ния, Замыкание ключей 49 и 50 в этом случае осуществляется элементом 55 выдержки времени, имеющим выдержку времени, большую общего времени срабатывания устройства.Введение в устройство для защиты 20 пороговых элементов с зависимой токовременной характеристикой и источником опорного напряжения, ключеи с бло-ц ком управления позволяет удовлетворить однонременно два противоречивых требования к защите по чувствительности и селективности, что будет способствовать повышению надежности электроснабжения потребителей.Кроме того, введение компараторон с одинаковым опорным напряжением обеспечивает возможность выполнения защиты одной общей на все присоединения: уставкой, а это приводит З 5 к уменьшению затрат на наладку и настройку защиты. ЗО Формула изобретения 1. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток выпрямленное напряжение, запоминающую ячейку, индикатор наибольшего напряжения, выходы которого подключены к соответствующим исполнительныморганам, пусковой орган, подключенный своим входом к трансформаторунапряжения нулевой последовательности, а выходом - ко входу блока управлеЦия, выход которого подключен к управляющим входам ключа и выключателя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности работы путем увеличения точности замера амплитуд контрольных сигналов, 60 введены дополнительные ключи, общее количество которых равно числу присоединений, элемент фиксации срабатынания исполнительных органов, причем указанные ключи включены параллельно предотвращается возможность каскадного срабатывания компараторов и исполнительных органов неповрежденных присоединений. Замыкание ключей обеспечивает также защиту элементов устройства от опасных напряжений.При действии кратковремениыхсигналов устройство не срабатывает, так как выходное напряжение интегрирующих элементов 39 и 40 не успевает 15 увеличиться до напряжения срабатывазаполняющим ячейкам, выполненным по схеме с закрытым входом, а дополнительный вход блока управления соединен с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов, включенного последонательно с выключателем в цепь питания исполнительных органов, а выход блока управления подключен также к управляющим входам всех дополнительных ключей.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на элементе "Запрет", управляющий вход которого через элемент И соединен с элементом НЕ и с элементом "Выдержка времени".3. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток - выпрямительное напряжение и запоминающую ячейку, блок сравнения, выходы которого подключены к соответствующим исполнительным органам, соединенными с соответствующими катушками отключения, пусковой .орган, подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом - ко входу блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, введены интегрирующие элементы по числу при- . соединений, дополнительные ключи, общее количество которых равно числу присоединений, элемент НЕ, а блок сравнения выполнен на пороговых элементах по числу присоединений, первые входы которых подключены к источнику опорного напряжения, а вторые - к выходам интегрирующих элементов, входы которых соединеныс выходами. соответствующих запоминающих ячеек, а исполнительные органы выполнены на Р 5-триггерах, прямые выходы которых подключены к вновь введенному элементу И, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления, ныход которого подключен также к управляющим входам всех дополнительных ключей, которые включены параллельно выходам соответствующих интегрирующих элементов, причем выход пускового органа соединен через элемент НЕ с 5-входами упомянутых триггерон, инверсные выходы которых соединены с соответствующими катушками отключения.4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на элементе "Запрет", выход которого подключен к Р-входу Р 5-триггера, 5-нход которого с запрещающим входом элемента "Запрет" подключены к выходу элемента ИЛИ, к896710 10 8. первому входу которого включен выходэлемента И, второй вход элементаИЛИ соединен,.с выходом элемента "Выдержка времени", вход которого подключен к инверсному входу В 5-триггера. Источники информаций,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 319990, кл. Н 02 Н 3/16, 1966.2. "Промышленная энергетика"1976, 9 11, с. 38-40 (прототип).896710Составитель Л.Васьковаактор С.Крупенина Техред А. Бабинец Корректор В,Синицк каз 11720/42 Тираж бб 9 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, осква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,