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

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 985876(23) ПриоритетОпубликовано 301232 Бюллетень М 48 РМ Кз Н 02 Н 3/16 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(331 УДК 621. 316, ,925(088.8) Дата опубликования описания 301282(72) Авторыизобретения В.О. Жидков, Ю,Н. Ильин, Л.А. Плащанския и А.В. Полозков мьвленности Восточный научно-исследовательский по безопасности работ в горной про 1 Заявитель(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОИ НЕИТРАЛЬЮ0 2 5 3 Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от замыканий на землю и поражения. электротоком в трехфаэных электрических сетях с изолированной нейтралью.Известно устройство для определения замкнувшейся на землю фазы в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, в котором поврежденную Фазу выявляют по результату сравнения напряжений фаэ сети относйтельно земли с напряжениями, пропорциональными линейным напряжениям этой же сети. Этим обеспечивают изменяемую в зависимости от напряжения сети пороговую величину срабатывания, что позволяет в принципе резко повысить чувствительность определения поврежденной фазы ( 1. Недостатками известного устройства являются невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью выпрямления с последующим оглаживанием сравниваемых напряжений (фаэных с линейными), сдвинутых между собой по фазе; а также низкая чувствительность связанная с использованием в качестве сравниваемой величины естественных значений Фаэных напряжений сети. Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты от заьыкания на землю, содержащее фильтр напряжения нулевой последовательности, блок формирования дополнительного напряжения, пропорционального по модулю напряжению нулевой последовательности и развернутого относительно него на определенный угол, блок суммирования дополнительного напряжения . с напряжениями фаз сети относительно земли, по числу фаз пороговые элементы сравнения суммарных напряжений с уставкой срабатывания, эа которую принято напряжение, превьхаающее амплитуду номинального фазного напряжения в 1,5-1,7 раза, логический блок и исполнительные элементы. устройство имеет зону чувствительности по величине переходного сопротивления в месте заьыкания до 3000 Ом и быстродействие не вьые 15-25 мс ( 2Однако это устройство характеризу" ется значительным временем срабатывания, обусловленным использованием в блоках формирования дополнительного напряжения и суммированием его с фаэными напряжениями элементов с большими постоянными времени (магнит. ные системы, цепочки В-С с большими985876 50 55 60 65 ние равно нулю. емкостями и т.д.), а также временемнарастания результирующего напряжения до амплитудного значения, на котором идет сравнение с уставной срабатывания, и,.кроме того, изменениемзоны чувствительности при колебаниинапряжения сети от номинального значения, что обусловлено неизменнымнапряженвем срабатывания пороговыхЭлементов сравнения. Описанные вышенедостатки затрудняют эффективное исполйэование устройства в схемах защиты от поражения током методом защитного шунтирования,Цель изобретения - повышениечувствительности и быстродействия, устройства,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для защиты от заМыкания фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью,содержащее фильтр напряжения нулевойпоследовательности, подключенный выходом к входу блока Формирования дополнительного напряжения, а такжедля,каждой фазы последовательно соединенные измерительный датчик фазного напряжения, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент,причем выходы всех выходных пороговых элементов подключены к входамлогического блока, выходы которогоподключены к фазным исполнительныморганам, а вторые входы всех сумматоров подключены к выходу указанного блока формирования дополнительного напряжения, введены разделительные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности. сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиковфазного напряжения и,блокирующимивходами блоков сравнения, выполнейных также двухполупериодными, причемвторые входы блоков сравнения подключены к входам соответствующихдвухполупериодных ограничителей длительности сравнения, а логическийблок реализует логические операциив соответствии с выражениями вида Д =ХдХ Х З=ХХВХс, У=ХдХЭХс где УА,УВ,Ус - выходные фазные сигналы логического блока,Х ,Х ,Х - входные фазные сигналы логическогоблока.На фиг. 1 приведена Функциональная схема устройства; на фиг. 2 диаграммынапряжений, поясняющие его работу.Устройство содержит измерительные датЧики фазных напряжений Од,Об,О на фиг. 1 показаны только их выхо.ды), блок 1 Формирования дополнительного напряжения Од, включающего всебя дифференцирующую цепочку (конденсатор 2 и резистор 3) и операционный усилитель-ограничитель 4,Блок1 подключен входом к Фильтру 5 напряжения нулевой последовательности,а выходом - к входам сумматоров 6-8,Формирующих результирующие напряже ния О посредством суммирования дополнительного напряжения О с напряжениями фаз сети относительно земли.Выходы сумматоров 6-8 подключены квходам двухполунериодных блоков 9-11 15 сравнения. Каждый из блоков 9-11сравнения включает два однополярныхсравнивающих сумматора 12 и 13 мгновенных значений напряжений, сравнивающих по модулю результирующие напряжения О с фазными и разделительные диоды 14-17. К блокирующим входамблоков 9-11 сравнения подключены ограничители длительности 18-20 сравнения накладывающих запрет на сравнение 25 сумматорами 12 и 13 сигналов в зоненаибольших возможных угловых погрешностей, возникающих в результате искусственного формирования напряженияО, а также при малых значениях ос таточного напряжения (на поврежденнойфазе) при переходных сопротивленияхзамыкания, близких к нулю. Выходысумматоров 12 и 13 подключены к выходным пороговым элементам 21-23,обеспечивающим отстройку устройстваот напряжения естественного смещениянейтрали. Ограничители 18-20 длительности сравнения подключены к измерительным датчикам фаэного напряжениячерез разделительные диоды 24-29.Выходы сравнивающих сумматоров 12и 13 через диоды 16 и 17 подключенык соответствующим входам выходногопорогового элемента 21, выход которого присоединен к входу логического 45 блока 30, а выходы последнего подключены к входам Фазных исполнительныхэлементов 31-33, соответствующих фазам А,В,С. Для Однозначного выбораповрежденной фазы по двум неповрежденным логический блок 30 реализует операцииХ Х Х; 18=Хдх Х; с ХАХэ "с- где Х,ХВ,Х - входные фазные сигналы логического блока, .УА УВ .Ус - выходные фазные сигналы логического блока.В исходном состоянии (сеть не повреждена) на входе блока 1 Формирова-. ния напряжение нулевой последовательности отсутствует, следовательно, и на его выходе дополнительное напряжеК входам сумматоров боказываются приложенными только фазные напряжения сети, поэтому результирующие напряжения на их выходах равны по модулю напряжениям фаз сети. При этом потенциалы ва инвертирующих входах сравнивающих сумматоров 12 и 13 будут равны нулю, следовательно, токи на из выходах отсутствуют, выходной пороговый элемент 21 закрыт, управляющие сигналы на входы логического 1 О блока 30 не поступают, и исполнительные элементы 31-33 не возбуждены.При возникновении замыкания на .землю (например при повреждении Фазы А) в сети появляется напряжение 35 нулевой последовательности, которое через Фильтр 5 напряжения нулевой последовательности оказывается приложенным к входу блока 1.,учитывая,что ток замыкания на землю опережает на 90 напряжение нулевой последовательности, ток, проходящий через дифферен цирующую цепочку, вследствие подбора определенных значений емкости конден .сатора 2 и сопротивления резистора 3 25 опережает напряжение на угол, близкий к 90 и,таким образом, оказывается совпадающим но фазе с током замыкания на землю. Поэтому напряжение на входе усилителя-ограничителя 4 будет совпадать по Фазе, с током замыкания на землю.Напряжения Оди ОФ оказываются одновременно приложенными к входам сумматоров б-Н, вследствие чего на вх входах появляются результирующие напряжения О с мгновенными значениями суммы Оди Оф. Причем во всем диапазоне возможных значений сопротивлений в месте замыкания и при любом моменте замыкания мгновенные значения результирующих напряжений неповрежденных фаз, т.е. ОВ,Ос, превышают по модулю фазные напряжения О 9 и О в течение большей части полу- периода. Результирующее же напряже ние поврежденной Фазы О 1 Ана протяжениипрактически всей части полупериода имеет модуль меньший, чем у остаточного напряжения фазы А.Напряжение, пропорциональное Од, прикладывается через диоды 14 и 15 к внвертврующим входам сравнивающих сумматоров 12 и 13. Одновременно к ним прикладывается напряжение относительно земли этой же Фазы ОА . Так как модуль ОАв течение всего полу- периода меньше модуля Од, то сумматоры 12 и 13 не будут реагировать на появление указанных сигналов (положительных потенциалов) ва инвертирую щвх входах.На фазах В и С неповрежденных) модулй мгновенных значений напряжений ув течение части периода превы-ю. -ъСшают модули мгновенных значений на пряжений Оэ и Ос . Поэтому сумматоры 12 и 13 в блоках 10 в 11 сравнения будут в этв части периода реагировать на появление на инвертирующих входах напряжений Ои О, О и О .в, следовательно, выходные пороговые элементы 22 и 23 пропустят сигналы Хй и Хова входы логвческо 1; блока 30, Логический блой 30, предварительно запомнив информацию, реалвзуеь функцию Ую, = Хд-ХЭ Х , т.е. по двум входным сигналам Х и Хс определяет поврежденную Фазу Ь и выдает команду на срабатывание исполнительного элемента 31, соответствующего поврежденной фазе.Устройство работает аналогичным образом при замыкании на землю фаз ВиС.В случае, если замыкание происходит через малое (близкое к нулю) пе" реходное сопротивление, результирующее напряжение ва поврежденной фазе может превысить остаточное напряжение на этой Фазе. Для исключения ложной работы устройства при таком режиме замыкания ограничитель 18 длительности сравнения блокирует работу сумматоров 12 и 13 на этой фазе посредством настройки порогов на величину, примерно равную дополнительному ,напряжению.Таким образом, использование устройства позволяет повысить электро- безопасность при эксплуатации установок угольных разрезов и шахт, а также горных предприятий других отраслей промьваленноств. Формула изобретенияУстройство для защиты от заьыкаввя Фазы на землю в сети переменного тока с изолированной нейтралью, содержащее Фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный выходом к входу блока формирования дополнительного напряжения, а также для каждой Фазы последовательно соединенные измерительный датчик фазного вапряжевия, сумматор, блок сравнения и выходной пороговый элемент, причем выходы всех выходных пороговых элементов подключены к входам логвчес кого блока, выходы которого подключевы к фазным исполнительным оргаваи,а вторые входы всех суюетороэ подключены к выходу указанного блока формирования дополнительного напряжения, о т л и ч а ю щ. е е с я тем, что, с целью повьааения чувствительности в быстродействия, введены разделитель" ные диоды и по числу фаз двухполупериодные ограничители длительности сравнения, подключенные через разделительные диоды между выходами соответствующих измерительных датчиковфазного напряжения и блокирующими входами блоков сравнения, выполненных также двухполупериодными, причем вторые входы блоков .сравнения подключены к вйодам.соответствующих двухнолупериодных ограничителей длительности5 сравнения, а логический блок реализует логические операции в соответствии с выражениями видаУАА ХВХс, в-хдьХс, Ус-ХАКвяс,10 где у ,у ,у - выходные фаэные сигф с налы логического блока; Х,Х,Хс - входные фазные сигналы логического блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Коваленко И.И, Зашита от поражения электрическим током н шахтныхучастконых сетях. - "Безопасностьтруда в промышленности", 1978, Р 12,с, 47-48.2. Авторское свидетельство СССР9 744819, кл. Н 02 Н 3/16, 1978.985876 оставитель Юехред М,Теп едактор А. О ираж бб 9 Подпимитета СССРткрытийская наб д. е филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проекти аз 1017 б/73 ВНИИПИ по д 113035осударственного кам изобретений иМосква, Ж, Рауш о Раза/(па 3 режденноя) р РОЙ 7 Сиюо 3 рем 1 еюно абанов Корректор Н.Буряк