Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУ 6 ЛИК ог 04 Н 02 Н 3/ ТЕТ СССР и Отнеыт ГОСУД АРСТВЕННЫИПО ДЕЛАМ И 306 РЕТЕНИ И ФФЕРЕНЦИАЛЬНО 07 Бюл. В 35кий электротехничес Баннов-(088.8)видетельство СС 02 Н 3/28, 1980 а е ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИ й ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ. (57) Изобретение относится к области электротехники (релейной защите электроустановок) и может быть использовано для защиты сборных щин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов, реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов, крупных электродвигателей. Цель изобретения - повышение селектнвности в .режиме за159388 мыкания большой части витков иливсей последовательной обмотки автотрансформатора. Устройство содержитблок 1 датчиков тока, который черезформирователь 3 входного логическогосигнала, через ждущий мультинибратор 23, элемент И 24, расширитель 25импульсов, блок 13 разрешения срабатывания присоединен к фазовому органу 7. Устройство содержит также Изобретение относится к электро" технике, а именно к релейной защите электроустановок, может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов ) реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и крупных электродвигателей электростанций и является усовершенствованием устройства по авт.св. 9 907666,Цель изобретения - повышение селективности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора.На фиг, 1 изображена уструктурнаясхема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - принципиальная схема формирователя входного логического сигнала; на фиг. 3 - принципиальная схемафазного органа; фиг. 4 - принципиальная схема блока разрешения срабатывания; фиг. 5 - принципиальная схема блока запрещения срабатывайия; фиг. б - принципиальная .схема блок контроля длительности входного сигнала; фиг. 7 - принципиальная схема блока контроля паузы, фиг. 8 - эпюры токов и напряжений на элементах устройства в режиме замыкания большой части витков или всей последонательной обмотки автотрансформатора; фиг. 9 - то же, в режиме внешнего короткого замыкания.1Устройство для дифференциальной защиты электроустановки содержит ( фиг. 1) блокдатчиков тока, одно - именные вторичные концы которых подключены к многоплечевому диодному полумосту 2, выход которого подклюпреобразователь 9 дифференциальноготока, блок 17 торможения, блок 2контроля паузы, блок 19 дозирования,Повышение селективности в режиме замыкания большой части витков достигается введением дополнительного элемента И 24, ждущего мультивибратора23 и расширителя 25 импульсов. 9 ил. Дополнительное кавт.св, М 907666. 2чен к формирователю 3 входного логического сигнала.Выход диодного полумоста подключен также к блоку 4 сравнения, который связан через разделительный трансформатор 5 и выпрямительный мост 6с основным входом фазного органа 7,выход которого подключен к одному извходов первого логического элемента ОИ 8, Преобразователь 9 дифференциального тока включен в дифференциальную цепь защиты, его линейный выходсоединен с входами пускового органаО и первого логического элемента 11, 5выход которого соединен с вторым логическим элементом 12 и блоком 13разрешения срабатывания. Выход второго логического элемента 12 подключенк блоку ,4 запрещения срабатывания.20Блок 15 временной задержки подключен к выходу формирователя 3. Пороговый элемент б подключен к линейномувыходу преобразователя 9 дифференциального тока, к которому также подключен блок 17 торможения, выход которого через сумматор 18 подключенк одному из входов блока 19 дозирования, Выход дифференцирования преобразователя 9 подключен к блоку 20 30контроля длительности входного сигнала и к блоку 21 контроля паузы, выходы которых через элемент ИЛИ 22подключены к другому входу блока 19дозирования, Выход формирователя 3 35 соединен с входом фазного органас одним из входов логического элемента 11 и подключен к ждущему мультивибратору 23, выход которого черезвторой элемент И 24 подключен к расширителю 25 импульсов, выход которо259 О 5 20 25 ЭО 45 55 го подключен к фазному органу.Выход первого логического элемента И 8 является выходом устройства.Формирователь 3 входного лог.".ческого сигнала, предназначенный для управления углом блокировки фазного органа, может содерж,"ть (фиг,2), например, сумматор и компаратор, причем входы сумматора являются входами формирователя 3. Выход сумматора соединен с входом компаратора, выход же кодпаратора является выходом формирователя 3. Выход дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока соединен с вторым входомвторого элемента И 24, а линейныйвыход преобразователя 9 - с входомсумматора 18. Выход блока 15 временной задержки соединен с вторым входом второго логического элемента 12.Выход первого элемента 6 соединен с входом блока 19 дозирования,выход которого соединен с первым управляемым входом фазного органа 7.Выход пускового органа 10 соединенс одним из входов первого элементаИ 8. Объединенные выходы блоков разрешения 13 и запрещения 14 соединены с третьим входом первого логического элемента 11 и одним из выходов первого логического элемента И 8. Фазный орган, предназначенный для обеспечения устойчивости функциони рования устройства в режимах внешних коротких замыканий с насыщением трансформаторов тока и включения силового трансформатора (автотраисформатора) на холостой ход, может содержатьфиг. 3), например транзисторный ключ, времяэадающую цепь, компаратори развязывающие диоды, причем вход транзисторного ключа является входомфазного органа 7. Выход транзистор-,ного ключа соединен с входом времязадающей цепи, выход которой соединен с рабочим входом компаратора.Рноды развязывающих диодов соединены с управляющими входами фазного органа 7. Катоды развязывающих дио Одов объединены и соединены с управ-.ляющим входом комнаратора, выход которого является выходом фазного органа 7. Блок 13 разрешения срабатывания, предназначенный для выдачи логического сигнала разрешения срабатывания на логический элемент И 8 в ре 388 4жиме внутренних повреждений, можетбыть выполнен (фиг,4) из входногодиода, конденсатора, логическогоэлемента И-НЕ и выходного диода. Ка тод входного диода соединен с вхо"дом блока 13, а анод - с входом логического элемента, который объединен с конденсатором. Выход логического элемента соединен с анодом выход- . , ного диода, катод которого соединенс выходом блока 13.Блок 14 запрещения срабатывания,предназначенный для выдачи логического сигнала запрещения срабатыванияна логический элемент И 8 в режимевнешних повреждений в условиях предельно искаженной формы входных то"ков, выполнен, например по схеме(фиг. 5, содержащей входной диод,конденсатор, два логических элемента И-НЕ и выходной диод. Катод входного диода соединен с входом блока14, а анод - с входом первого логического элемента, который объединенс конденсатором. Выход первого логического элемента соединен с входомвторого логического элемента, выходкоторого соединен с анодом выходногодиода. Катод выходного диода соединен с выходом блока 14.4Блок 20 контроля длительности входного сигнала предназначен для сравнения длительности входного сигналас максимально возможной шириной основания однополярного импульса токавключения силового трансформатора нахолостой ход. Блок 20 может быть выполнен, например, по схеме (фиг. 6),содержащей ждущий мультивибратор илогический элемент И, выход которогоявляется выходом блока 20. Вход ждущего мультивибратора соединен с одним из входов элемента И и являетсявходом блока 20. Второй вход элемента И соединен с входом ждущего мультивибратора. Блок 21 контроля паузы предназначен для контроля паузы между напряжением, подаваемым на трансформатор, и током .в дифференциальной цепи устройства защиты, Блок 21 может быть выполнен, например, по схеме (фиг, 7), содержащей ждущий мультивибратор и логический элемент И, выход которого является выходом блока 21, Вход ждущего муль+ивибратора является входом напрядения блока 2. Другой вход блока 2 является также н первым вхо12593 Устройство позволяет получить5 О участок характеристики, на котором защита работает как дифференциальная с торможением. Это позволяет получить достаточную чувствительность к внутренним коротким замыканиям, сопровождающимся вытекающими токами нагрузки при сохранении достаточной степени отстроенности защиты от токов не- баланса, вызванных токами, при кото 5дом логического элемента И. Выход ждущего мультивибратора соединен с вторым входом логического элемента И,Расширитель 25 импульса предназначен для расширения длительности выходного импульса элемента 21 до величины, необходимой для надежного срабатывания фазного органа 7.Устройство работает следующим образом, 10Токи от трансформаторов тока плеч защиты поступают на первичные обмотки датчиков тока. Грубое согласование величины входных токов осуществляется выбором числа ви 1 тков первичных 15 ,обмоток датчиков тока, а точное регулированием переменных резисторов, подключенных параллельно третьи обмоткам датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку 20 полупериода с помощью многоплечевого диодного полумоста 2 и поступают на вход блока 4 сравнения 4.При внутреннем коротком замыкании и совпадающих по фазе токах плечи 25 схемы сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности. Это приводит к появлению в сердечнике трансформатора 5 знакопеременного магнитного потока, ЗО который наводит во вторичной обмотке ЭДС. При малых токах внутреннего повреждения, не превышающих максимальный нагрузочный ток, стабилнтроныблока сравнения заперты и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 5 имеет синусоидальный характер. Имеет место дифференциальный режим работы, когда ток срабатывания не зависит от величины сквозного тока. Прн превы- щ шенин сквозным током величины максимально возможного тока нагрузки при внутреннем повреждении (2,5-3) номинального тока трансформатора стабилитроны открываются и практически шунтируют выход блока 4, защита переходит в дифференциально-фазный режим работы. 88 брых защита еще не переходит в дифференциально-фазный режим работы, Если при внутренних повреждениях, когда током обтекаются оба плеча попеременно, напряжение на входе блока 4 не превышает напряжения стабилизации стабилитронов блока сравнения, то при внешнем, когда током обтекаются оба плеча блока 4, это напряжение вдвое больше при токах больших тока стабилизации. Это обстоятельство используется в защите в качестве дополнительного признака внешнего Короткого замыкания, Блок 3 фиксирует напряжение на входе блока 4, пропорциональное сумме модулей токов присоединений на уровне (1,7-1,8) напряжения стабилизации стабилитронов, формирует прямоугольный сигнал, который подается на входы первого логического элемента 11 и блока 15 временной задержки, а также на ждущий мультивибратор 23 и на второй управляющий вход фазного органа 7, увеличивая его угол блокировки. Следовательно, при внутренних повреждениях угол блокировки будет меньше, чем при внешних.При работе устройства в условиях предельно искаженной информации от трансформаторов тока отмечено следую. щее свойство переходного процесса в последних при преимущественно актив-, ной нагрузке, При возникновении короткого замыкания трансформаторы тока входят в насьпцение не сразу, а спустя некоторое время, определяемое характером переходного процесса, параметрами трансформатора тока, нагрузки и предшествующим состоянием трансформатора тока. В течение этого времени (в тяжелом переходном процессе менее 5 мс) первичный ток трансформируется во вторичную цепь практически полностью и ток намагничивая либо практически отсутствует, либо достаточно мал и весьма медленно изменяется, Если индукция достигает величины, превышающей индукцию насыщения, происходит "срыв" вторичного тока, когда последний приобретает практически нулевую величину, а мгновенное значение тока намагничиваниявеличину приведенного первичного тока. Таким образом, передний фронт тока намагничивания всегда отстает от переднего фронта вторичного тока.1259388 О 7Дифференциальный ток состоит из алгебраической суммы мгновенных значений вторичных токов, но при внешних коротких замыканиях с тяжелыми переходными процессами дифференциаль-н.й ток становится равным току намагничивания одного из насытившихся трансформаторов тока. При внутренних коротких. замыканиях, если первичные токи присоединений близки по фазе друг к другу, дифференциальный ток практически равен арифметической сумме мгновенных значений вторичных токов, Следовательно, при внутренних коротких замыканиях передние фронты 15 выпрямленного дифференциального и суммы входных совпадают, а при внешних - первый будет отставать от второго на время не менее 1,5-2 мс, т.е. в дифференциальном токе будут либо . 2 О паузы (фиг,9), либо интервалы с весьма медленным его изменением в окрестностях минимумаВ режиме замыкания большой части витков последовательной обмотки авто трансформатора вследствие уменьшения сопротивления лучей схемы замещения между сторонами высокого и среднего напряжения резко возрастает сквозной ток, что для защиты является 30 признаком внешнего повреждения. При этом устройство переходит в дифференциально-фазный режим, затем вырабатывается напряжение, равное удвоенному напряжению стабилизации З 5 стабилитронов, и формирователь 3 входного логического сигнала блокирует фазный орган 7. Одновременно с этим уменьшается рабочий сигнал на основном входе фазного органа,так как он40 равен разности трапецеидальных напряжений на плечах блока 4 сравнения и по длительности в 2-3 раза меньше угла блокировки, Однако в автотран-, сформаторе при этом протекает ток повреждения, и он должен быть отключен. Для идентификации этого режима предназначены вновь введенные второй логический элемент И 24, ждущий мультивибратор 23 и расширитель 25 импульса. Ток повреждения обуславливает протекание дифференциального. тока в устройстве, притом передний фронт суммы входных токов совпадает с производной дифференциальноготока. Этот факт является отличительным качественным признаком рассмотренного режима. 8В качестве сигнала, фиксирующего передний фронт вторичного тока, при наличии сквозного тока используется напряжение, снимаемое с блока 4 сравнения с помощью формирователя 3. Это напряжение поступает на вход ждущего мультивибратора 23, который запускается и выдает импульсы длительностью 1,5 мс на первый вход второго логического элемента И 24 (фиг. 8). Одновременно с выхода дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока на второй вход второго логического элемента И 24 поступают импульФсы, соответствующие по длительности ширине основания модуля производной дифференциального тока. Происходит совпадение по времени сигналов на входах логического элемента И 24.Это приводит к появлению на выходе последнего единичного логического сигнала, который расширяется в расширителе 25 импульсов на величину, необходимую для срабатывания фаэного органа 7. Пусковой орган 10 при этом также срабатывает. При совпадении сигналов от фазного 7 и пускового 10 органов на входах логического элемен.а И 8 защита срабатывает. При внешнем замыкании сигнал с выхода формирователя 3 опережает на 1,5-2 мс сигнал с выхода преобразователя 9 дифференциального тока фиг.9) . Поэтому к моменту поступления дифференциального тока на вход второго логического элемента И 24 на втором входе отсутствует сигнал, так как ждущий мультивибратор 23 через 1,5- 2 мс переходит в исходное состояние. При этом, на выходе второго логического элемента И 24 отсутствует сигнал, т.е. последний не влияет на работу устройства защиты при внешних эамьпсаниях,Формула изобретения Устройство для дифференциальной защиты электроустановки по авт.св. Ф 907666, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селектив - ности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора, в него дополнительно введены второй логический элемент И, ждущий мульти- вибратор и расширитель импульса, причем вход ждущего мультивибратора91 подключен к выходу формирователя входного логического сигнала, а выход - к входу второго логического элемента И, второй вход которогг объединен с выходом дифференцирова 259388 10ния преобразователя дифФеренциального тока, а выход подключен к входурасширителя импульса, выход которогоподключен к основному входу Фазногооргана.1259 88 йхд Составитель Л. Б Техред Й.Ходанич о едак орректор,В. Бутяг ербак 2/53 ах 6 Зака одни митета ССС ткрытий ская наб.,4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тир ВНИИПИ Государс по делам изоб 13035, Москва, венногоетенийЖ, Р