Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 1 ЯО 12690 1 К 31/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Вз их установовано для мов раих сеЦель верносрежиче аль досто ных р ежимо ических о СССР6, 1982.ЕНИЯ НЕСИМ -ТРЕХфАЗНОЙ абл.;Вф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П, Горячкина(56) Алексеенко А,Г. Коломбет Е.А. и Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС.-М.: Советское радио", 1980, с.174.Носов Ю.Р, и Суров А.С. Оптроны и их применение. - М.: Радио и связь 1981, с.232.Колосов В.Г. и Мелехин В.ф. Проек тирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники - Л.: Энергоатомиздат, 1983.Авторское свидетельств М 1080229, кл. Н 02 Н 3/1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛ МЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ(57) Изобретение относится к технике релейной защиты и противоаварийной автоматики в электрическ ках и может быть испольэ выявления несимметричных боты в трехфазных электр тях с изолированной нейт изобретения - повышение ти выявления несимметрич работы в трехфаэных элек сетях путем выделения вида повреждений иповрежденной фазы при различныхвидах замыкания на землю. Поставленная цель достигается тем, что в устроиство, содержащее три преобразователя 1,2 и 3 напряжения и амплитудные детекторы 4,5 и 6, дополнительновведены двухпороговые компараторы7,8 и 9, блоки 10,11 и 12 согласования уровней, блок 13 дешифрации иблок 14 индикации. Устройство определяет поврежденную фазу как приразрыве фазы, так и при однофазномзамыкании на землю с любой полнотойзамыкания, кроме случаев, когда определение вида повреждения при измерении только напряжения состороны питающей подстанции теоретически невозможно . 7 илИзобретение относится к техникерелейной защиты и противоаварийнойавтоматики в электрических установкахи может быть использовано для выявления несимметричных режимов работыв трехфазных электрических сетяхс изолированной нейтралью.Целью изобретения является повышение достоверности выявления несимметричных режимов работы трехфаэнойэлектрической сети путем выделениявида повреждения и поврежденной фазы при различных видах замыканияна землю.На фиг,1 представлена схема. устройства, на фиг.2 - схема преобразователя уровня; на фиг.3-7 - векторные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства.Устройство содержит три преобразователя 1-3 напряжения, амплитудные детекторы 4-6, двухпороговыекомпараторы 7-9, три блока 10-12согласования уровней, дешифрирующийблок 13 и блок 14 индикации,Выходы преобразователей 1-3 напряжения подключены к входам соответствующих амплитудных детекторов 4-6,выходы амплитудных детекторов 4-6подключены к соответствующим неинвертирующим входам двухпороговыхкомпараторов 7-9. К инвертирующимвходам компараторов 7-9 подключенывхЬды амплитудных детекторов 4-6отстающей, по отношению к подключенной к неинвертирующему входу фазы,Выходы двухпороговых компараторов7-9 подключены к соответствующимвходам блоков 10-12 согласованияуровней, выходы соответствующихблоков 10-12 подключены к соответствующим входам дешифрирующего блока. 13, выходы дешифрирующего блока 13подключены к соответствующим входамблока 14 индикации.Напряжения фаз А,В.С, относительно земли преобразуются преобразователями 1-,3 напряжения и поступают на входы соответствующих амплитудных детекторов 4-6, где выделяются амплитудные огибающие данных напряжений, Полученные сигналы поступают на входы двухпороговых компараторов 7-9 и сравниваются между собой, причем компаратор 7 сравнивает амплитуды напряжений относительно земли фаэ А и В, компаратор 8 - фаэ В и С, а компаратор 9 - фаз С и А.510 15 20 25 уровней. Каждый блок 10-12 имеет два выхо 55 30 35 40 45 50 На каждом из выходов комнараторов 7-9 в результате сравнения выходных сигналов может быть три величины напряжения. Рассмотрим работу устройства на примере комиаратора 7. При сигнале с выхода амплитудного детектора 4, меньшим, чем с выхода амплитудного детектора 6, выходное напряжение компаратора 7 близко к напряжению источника питания и имеет положительный знак, Если сигналы равны то выходное напряжение компаратора 7 равно нулю. В случае превышения сигнала с выхода амплитудного детектора 4 над сигналом с выходадетектора 5 выходное напряжение компаратора 7 становится отрицательным и близким к напряжению источника питания.Для согласования уровней и знаков выходного напряжения с логическими уровнями сигналы с выходов компараторов 7-9 поступают на входы соответствующих блоков 10-12 согласования При наличии на входе блока согласования уровней положительного сигнала, на выходе "Меньше" будет напряжение 4,7 В, соответствующее уровнюлогической единицы. К светодиоду оптронной пары приложено обратное напряжение (он не светится), и следовательно, сопротивление фотореэисторавелико и на выходе "Больше" - логическая единица (светодиод светится,сопротивление фотореэистора мало)(фиг.2). Дешифрирующий блок 13 можетбыть реализован либо с помощью диодов, либо на элементе И-НЕ или ИЛИ-НЕ,Возможно использование в качестведешифрирующей схемы программируемогозапоминающего устройства (ПЗУ). Приэтом выходы блоков согласования уровней подключены к адресным входам,а в соответствующие ячейки памятизаписана необходимая информация.Комбинация выходных сигналов блока 13 зависит от сочетания входныхсигналов и должна во всех случаяхсоответствовать таблице состоянийдешифрирующего блока 13,Как показано на фиг.3-7, при замыкании на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью вектор напряжения П 4- смещения нейтрали при изменении полноты замыкания переме 1261058 4щаея по пуг орухлюн, описанной радиусом Р 2 (Г - фазное напряжение) из точки, лежащей посередине вектора поврежденной фазы, Приэтом векторы напряжений фаз относительно земли изменяются соответствующим образом.Проследив изменение фазных напряжений относительно земли от 0 до1, можно выделить четыре характер Оных зоны,1. Полнота замыкания на землюблизка к нулю (фиг.3). Изменениевеличин фазных изменений напряженийне выходит за пределы изменений 15аапряжений при естественной несимметрии, Определение повреждений крайне затруднительно.2, Полнота замыкания меньше 0,5,но больше, чем в пункте 1 (фиг,4). 2 ОВектор напряжения опережающей, поотношению к поврежденной, фазы имеет наибольшую величину. Вектор отстающей фазы минимальный, а векторповрежденной фазы имеет промежуточную величину.3, Полнота замыкания равна 0,5 (фиг.5), Вектор опережающей фазы максимальный. Векторы поврежденной и отстающей фаз равны по величине. Эта точка совершенно эквивалентна разрыву в фазе. Отличить замыкание на землю с полнотой замыкания, равной 0,5, от разрыва фазы только по фазным напряжениям без дополнительной информации невозможно.4. Полнота замыкания больше 0,5 (фиг.б). Вектор опережающей фазы - максимальный. Вектор поврежденной фазы - минимальный, Вектор отстающей фазы имеет значение меньшее, чем вектор опережающей фазы, но большее, чем вектор поврежденной фазы, При разрыве фазы вектор поврежденной фазы имеет максимальную величину, а векторы отстающей и опере- жающей фаз отличаются по величине друг от друга только вследствие ес-, тественной,несимметрии и практически равны (фиг.7).Проанализировав все случаи, можем записать алгоритм определения вида повреждения и поврежденной фазы.Замыкание на землю имеет место, если напряжение относительно земли 55 на одной из фаз больше, чем на других двух и величины оставшихся фазных напряжений не равны между собой. При этом поврежденной будет фаза, следукчщая за имеющей максимальное напряжение фазой относительно земли.Разрыв имеет место, если напряжение относительно земли одной фазы больше, чем двух других, и последние по величине равны между собой. При этом поврежденной фазой будет имеющая максимальное напряжение относительно земли.Нормальный режим имеет место, если напряжения всех трех фаэ относительно земли равны между собой.Данный алгоритм позволяет определять вид повреждения при замыкании на землю (при любой полноте замыкания), а также при разрыве фазы. Исключение составляет точка с полнотой замыкания 0,5, При замыкании на землю с указанной полнотой замыкания будет индицироваться разрыв фазы. Однако вероятность попадания именно в эту точку весьма мала. Замыкания на землю с полнотой замыкания, близкой к нулю, будут восприниматься устройством как нормальный режим, Однако такое повреждение практически не влияет на работу сети и считаться повреждением не может,В таблице приведены состояния дешифрирующего блока.На соответствующем выходе дешифрирующего блока 13 единица соответствует наличию единичного логического сигнала при соответствующей комбинации сигналов на входе дешифрирующего блока. Ноль на выходе (в таблице состояний) соответствует наличию нулевого логического сигнала на соответствующем выходе дешифрирующего блока при соответствующей комбинации сигналов на его входе.Устройство работает следующим образом.1, Нормальный режим или замыкание на землю с полнотой замыкания, равной нулю (фиг.3).Сигналы, поступающие с преобразователей 1-3 напряжения на амплитудные детекторы 4-6, по величине равны. Сигналы на выходах амплитудных детекторов также равны, На инвертирующий и неинвертирующий входы двухпороговых компараторов 7-9 поступают одинаковые напряжения, На выходе каждого иэ компараторов уро.вень напряжения равен нулю, следовательно, на всех выходах блоков1269058 из сигнальных элементов.2, Замыкание на землю с полнотой замыкания меньше 0,5 (фиг.4). Повреждена фаза В.С выхода преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимального уровня, с выхода первичного преобразователя 3 - минимального. Следовательно, на выходе амплитудного детектора 4 напряжение максимальное, а на выходе амплитудного детектора 6 - минимальное, На неинвертирующем входе компаратора 7 сигнал больше, чем на инвертирующем входе, следовательно, на выходе компаратора напряжение отрицательноеЭто напряжение поступает на вход блока 10 согласования уровней и на выходе "Больше появляется логическая единица, а на выходе "Меньше" - логичес - кий ноль, На неинвертирующем входе компаратора 8 напряжение больше, чем на инвертирующем, следовательно его состояние, а также состояние блока 11 согласования уровней аналогично состояниям компаратора 7 и блока 10 согласования уровней соответственно. Сигнал на инвертирую-щем входе компаратора 9 больше, чем на неинвертирующем. На выходе компаратора 9 сигнал положителен, значит на выходе "Больше" блока 12 согласо- щ вания уровней - логический ноль, а на выходе "Меньше" - логическая единица, Таким образом, на вхоцы дешифрирующего блока 13 поступает комбинация сигналов 101001 (поз,7 таблицы состояний дешифрирующего блока 13). Это соответствует таблице состояний комбинации выходных сигналов А-О, В; С; ЗНЗ, разрыв - О. И в блоке 14 индикации загораются элементы индикации "ЗНЗ" и "В" 510-12 - логический ноль, На входах дешифрирующего блока 13 - нулевые уровни. Соответствующие выходные сигналы по диаграмме состояний дешифрирующего блока 13 (позиция 1 таблицы), а также нулевые уровни поступают на блок 14 индикации и на последнем не светится ни один 3. Разрыв фазы А и случай замыкания на землю фазы В с полнотой замыкания, равной 0,5 (фиг.5 и 7).С выхода первичного преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимального уровня, с выходов пре 5 10 15 20 25 30 35 образователей 2 и 3 напряжения - равные между собой по величине сигналы.При этом на выходе амплитудного детектора 4 - максимальное напряжение,а на выходе амплитудных детекторов5 и 6 - одинаковые, На неинвертирующем входе компаратора 7 напряжениебольше чем на инвертирующем, и напряжение на его выходе отрицательно,На выходе "Больше" блока 10 согласования уровней - логическая единица,а на выходе Меньшен - логическийноль,На инвертирующем входе компаратора 9 сигнал больше, чем на неинвертирующем, и на его выходе положительное напряжение, На выходе "Большевблока 12 согласования уровней - логический ноль а на выходе нМеньшелогическая единица.На оба выхода компаратора 8 поступают одинаковые сигналы. На еговыходе - нулевое напряжение. Следовательно, на обоих выходах блока 11согласования уровней - логическиенули. На входах дешифрирующего блока13 комбинация сигналов 100001 (позиция 5, таблицы).По таблице состояний соответствующая комбинация сигналов А, В-О,С-О, ЗНЗ-О, разрыв - 1, и на блокеиндикации загораются элементы индикации "А" и "РФ" ("Разрыв фазы").4. Замыкание на землю фазы Вс полнотой замыкания, большей 0,5(фиг,6),С выхода первичного преобразователя 1 напряжения поступает сигнал максимальной амплитуды, а с выхода преобразователя 2 напряжения - минимальной амплитуды. На неинвертирующий вход компаратора 7 с амплитудного детектора 4 поступает напряжение большее, чем на инвертирующий вход с амплитудного детектора 5. На неинвертирующий вход компаратора 8 с амплитудного детектора 5 поступает напряжение меньшее, чем на неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6. На неинвертирующий вход компаратора 9 с амплитудного детектора 6 поступает сигнал, меньший чем на неинвертирующий вход амплитудного детектора 4. При этом на выходе компаратора 7 - отрицательное напряжение, а на выходе компаратора 8 и 9 положительное. Соответственно на выходе "Больше" блока 10 согласования1269058 25 1 ози.1 3 уровней - логическая единица, а навыходе Меньше" - логический ноль.На выходе блоков 11 и 12 согласованияуровней - логический ноль на выходах"Больше" и логическая единица - на11 115выходах МеньшеНа входы логической матрицы поступает комбинациясигналов 100101 (поз.8 таблицы), чтопо таблице состояний соответствуеткомбинации выходных сигналов: А-О,В, С; ЗНЗ, разрыв-О. Эти сигналы поступают на вход блока индикации, который покажет "ЗНЗ" и "В 1,При повреждениях других фаз устройство работает аналогично. 15В предлагаемом устройстве сигналыс выходов амплитудных детекторов,пропорциональные напряжениям фазотносительно земли, сравниваютсядруг с другом. 20При этом настройка устройстване нужна (выставление порогов нетребуется), Значительно .уменьшаетсязона нечувствительности компараторов,Кроме того, устройство увереннораспознает два режима: замыкание иразрыв в фазе, причем замыкание наземлю выявляется при любой полнотезамыкания, за исключением незначительного участка с полнотой замыкания р , близкой к нулю, т,е. когдаискажение векторной диаграммы напряжений (по сравнению с нормальнымрежимом работы сети) аналогичновызванному естественной несимметрией.При полноте замыкания на землю ,близкой к 0,5, устройство определяет замыкание на землю как "Разрыв",Таким образом, устройство определяет поврежденную фазу как приразрыве фазы, так и при однофазномзамыкании на землю с любой полнотой замыкания Ь, кроме случаев, 45 когда определение вида поврежденияпри измерении только напряжения состороны питающей подстанции теоретически невозможно,Формула изобретения Устройство для выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, содержащее три преобразователя напряжения, каждый из которых подключен к соответствующей фазе электрической сети, к выходам преобразователей напряжений подключены соответствующие амплитудные детекторы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности выявления несимметричных режимов работы трехфазной электрической сети, в него введены три двухпороговых компаратора, три блока согласования уровней, имеющих по два логических выхода, дешифрирующий блок и блок индикации, причем выход первого амплитудного детектора соединен с прямым входом первого двухпорогового компаратора и инверсным входом третьего двухпо- . рогового компаратора, выход второго амплитудного детектора соединен с прямым входом второго двухпорогового компаратора и инверсным входом первого двухпорогового компаратора, а выход третьего амплитудного детектора - с прямым входом третьего двух- порогового компаратора, и инверсным входом второго двухпорогового компаратора, выходы трех двухпороговых компараторов соединены с соответствующими входами трех блоков согласования уровней, выходы которых соединены с соответствующими входами дешифрирующего блока, а выходы последнего соединены с соответствующими входами блока индикации.1 1 ходы дещифрирующей схемы 2 3 4 5 1(7и родолжеиие т леопиды ыкоды дешифрирующей схемы,7 КШубинРдюкова Корректор М.Максимишинец Составител Техред Л.С Редак Н, Егор дписно го комитета СССй и открытий аушская наб д 4/ г. У 1 рои твенно-полиграфичес Заказ 6030/47 Ти ВНИИПИ Государствен по делам .изобрете 113035, Москва, Ж, ород, ул, Проектная,