Устройство для обнаружения замыкания на землю

338004 О П И С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК П АтЕНтУ Союз Советских Социалистических Республикависимый от патентаН 021 т 3/1 аявлено 12 1 Х,1967,( 1183725/24-7 12.1 Х.196 с,75972, Франция но 05,Ч.1972, Бюллетень15 риори деламоткрытийииистров омитет иаобретеии при Совет С(088.8) ублик ата опубликования описания 5.Ч 11.19 Автортзобретения ИностранецЭнри Пьер Су(Франция)Иностранная фирмКомпани де Комтер(Франция) Мишель ард аявитель РОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ И ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ЛИНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ха йствИзвестны устройства для обнаружения замьвкания на землю и защиты участков линии определенной длины в трехфазной сети с заземленной нейтралью.Цель изобретения - повышение надежности устройства,Это достигается тем, что оно,снабжено тремя промежуточными трансформаторами, .первичные обмотки которых включены встречно обмоткам трансформаторств тока, а вторичные обмотки соединены последовательно с вторичными обмотками трансформаторов напряжения и с первичной обмоткой трансформатора тока нулевой ,последовательности и подключены через аналого-логические усилителичпреобразователи, логические элементы И, НЕ - И и времеиной .запоминающий блок к исполнительную органу,На фиг. 1 представлена;принципиальная схема устройсгва; на фиг. 2 - диаграммы векторов напряжений при нормальном режиме и в случае замыкания между фазами и земдей на участке, контролируемой или защищаемой линии; на фит. 3 - графически показана работа устройства во время замыкания между одной фазой и землей; на фиг. 4 - характеристика устройства, которая показывает влияние замыкания на землюна триг. 5 -е схема, иллюстрирующая дополнительнуюрактеристику; на фиг, 6 - схема устро ав другом исполионин,Устройство содержит трансформаторы 1, 2и 3 тока, первичные обмотки которых соединены соответственно с фазовыми проводамиА, В, С, Ж - заземленная нейтраль, Один из.концов вторичных о 6 моток трансфщиматоров1, 2 и 3 соединен соответст 1 венно с конском10 первичной обмотки промежуточного трансформатора 4, б и б, индуктивности которыхидентичны, а их значение - 2 - представляет собой подное сопротивление участка закцищаеиой или контролируемой линии. Это пол 15 ное сопротивление Л имеет то же аначение,ч-по и полное сопротивление прямой последователыности по фазе Лд ливонии.Вторичные обмотки трансформаторов 1, 2и 3 связа 1 ны между со,бай своим другим 1 ко,н 20 цом. Такое же соединение выполнено длядругого конца первичных обмоток промежуточных трансформаторов 4, 5 и б. Две общиеточки трансформаторов 1, 2, и 3 с одной,стороны и промежуточных трансформаторов 4,25 5 и б с другой, стороны соединены при помощи проводов 7, 7 е первичной обмоткойтрансформатора 8 тока нулевойпоследовательности со значением КЛ, где К - коэффи(1) (2) (З) 60 циент полных сопротивлений земли, определяемый известным соотнашением где 2 о - униполярное полное сопротивление линии.Первичные обмотки трансформаторов 9, 10 и 11 соотвещствен 1 но соединены с одной из фаз и нейтралью, одив из концов вторичных 10 обмоток - с общей то 1 чкой 12, а она в свою очередь - с одной из клемм вторичной обмотки взаимной индуктивности.Вторичные обмотки трансформаторов 9, 10 и 11 напряжения соединены. последовательно 15 с вторичными обмотками пр омежут одиных трансформаторов 4, 5 и б такик образом, чтобы образовать три схемы, замыкающиеся соответственно на входных клеммах усилителейчпреобразователей 18, 14 и 15.,Каждая из 20 этих схем включает в себя вторичную обмотку одного из трансформаторов напряжения, вторичную обмотку одной из,взаимных индуктивностей и вторичную обмотку взаимной индуктивности.25Цепь усилителей-преобразователей 13, 14 и 15 вьпполнена известным образом с таким расчетом, чтобы эти усилители действовали каканалово-логические преобразователи, преобразующие свое входное напряжение в ЗО логические сигналы с двумя положениями (О и 1);,фазы сипналов соблюдения относительно фаз входно 1 го напряжения.Выходы усилителей.преобразователей 13, 14 и 15 соединены с логической схемой И З 5 1 б и с логической схемой НЕ - И 17, Выходы этих логичеоких схем связанны с логиче-скрой схемой ИЛИ 1 о, а выход последней - со,схеаой запоминайщего устройстра 19 известного вида. Выход времанной запоминаю шей 1 схемы соединен с любым выключающим устрой 1 ством 20, например трехфазвым выключателем, один из концов сбмотки которого связан с выходом времееного запоминающего устройства 19, а другой - с и 1 сточником 45 дополнительной энергии.Если пре,дставить 11 ь, 11, как токи, пр 1 оходящие соответственно,по трем фазам А, В, С и нейтраль во,вревмя замыкания между одной или двумя фазами и землей, Уа, Уь, 1/с 50 как напряжения между каждой фазой, и землей, и Га, Гь, Га как напряжения, 1 которые возникают на входных клеммах усилителейареобразователей 13, 14 и 15 соответственно, то эти три напряжения Га, Гь, Га соответ ствуют следующим отношениям Чтобы. лучпде понять работу устройства, выполненноко согласно изобретению, рассмотрим, например, случай, когда прои 1 сходит замыкание между фазой А и землей, 65 Извместно, что в этосом случае напряжение Уавыражается следующим отношением,1 а 2 1 а+З Если 1 в опношении (1) заменить Уа его значением, выраженным в отношении (4), то помысле упрощения получимГа= (2 сУ - 2) (1,+К 1). В случае, когда значение 2 д (полное сопротивление прямой яаправленности фазы, представляющее замыкание на землю) не,много меньше значения полного эталонново сопроти 1 влйния 2 (полное сопротиВлОние участка защищаемой линии), полярность напряжения Га постоянно переключается на противополоиный знак относигельно полярности напряжеыия Уа.Это явление наблюдается тогда, когда замыкание происходит на более близкой относителыно расположения защитного устройства, чем длина защищаемай линии.Диаграммы напряжений Га, Гь, Га на фиг. 2 иллюстрируют то, о чем только что говорилось. Диаграмма на фиг. 2 а показывает векторы трех напряжений Га, Гь, Га при нормальном режиме. Эти три вектора смещены относительно друг друга на 120. В действительности, когда 1 равно нулю, то можно заметить по отношениям (1), (2), (3), что напряжения ГГь, Г, соответственно равны напряжения Уа 1 ь Ус (минус падения напряжений 2=1, 2=1 ь, 2=.1,). Они имеют тот же принцип и то же значение.Диаграммы на фиг. 2 б, в, г показывают соответственно векторы этих напряжений в случае замыкания одной из фаз А, В или С на землю внутри участка защищаемой линии, диаграммы на фиг. 2 д, е, ж - соответственно векторы напряжений ГГь, Г, при замыкании двух фаз на землю внутри участка защищаемой линии. Во всех случаях замыкания на землю (однофазного или двухфазного) при условии, что полное сопротивление прямой направленности замыкаемой линии меньше эталонного полного сопротивления 2, максимальный сдвиг по фазе между напряжениями Га, Гь, Гвзятыми попарно, составляет 180. На этихдиаграммах видно, что три вектора ГГь, Г, находятся в одной и той же полуплоскости. Итак, необходим интервал, в течение которого цри напряжения будут иметь одновременно одинаковую полярность, положительную или отрицательную (фиг. Зб).Логические схемы получающие постоянно логические сигналы, исходящие от усилителей, обнаруживают совпадение мгновенных полярностей трех напряжений Га Гь Гс Схема И 1 б посылает сигнал, равный 1, в период интервала, когда эти три напряжения одновременно положительные, а схема НЕ - И 17 подает сигнал, равный 1, в период интервала, когда напряжения одновременно отрицательные.Схема ИЛИ 18 посылает сигнал, равный 1, если один или другой из ее входов имеют значение 1. Схема временного запоминающего устройства преобразует последовательный ряд этих сигналов небольшой продолжительности в постоянный сигнал (фиг. 3, е), который позволяет вызвать возбуждение в выключающем устройстве 20, соединенном с выходом схемы запоминающего устройства. На фиг, 3 показана работа устройства в момент, когда происходит замыкание между фазой А и землей на участке контролируемой или защищаемой линии. Кривые фиг. 3, а представляют три напряжения Г, Уь, У, при нормальном режиме в зависимости от времени 1; кривые фиг. 3, б - три размера, когда происходит замыкание между фазой А и землей внутри участка контролируемой или защищаемой линии. Напряжение (представленное пунктиром) инверсируется и тогда можно видеть, что в зонах Х - У три напряжения одновременно становятся положительными, а в зонах Х - Х отрицательными. Из этого следует, что на выход схемы И подается сигнал (5, фиг. 3, в), соответствующий зонам Х - У, тогда как на выход схемы НЕ - И сигнал (5 ь фиг, З,г), соответствующий зонам Х - Г, Эти сигналы принимаются последовательно в схеме ИЛИ, которая посылает сигналы (фиг. 3, д), Последние направляются в схему временного запоминающего устройства, где они преобразуются в постоянный сигнал (фиг, 3, е).Можно использовать только одну логическую схему И или НЕ - И. Однако более эффективно использовать логические схемы И, НЕ - И и ИЛИ, так как при этом достигается наибольшая быстрота выдачи ответного сигнала в случае замыкания на землю. Такая реакция, как это видно на фиг, 3, е, всегда имеет место в интервале времени, который составляет меньше одной трети периода, тогда как при одной логической схеме И или НЕ - И эта реакция достигается почти за целый период,Изобретение представлено со ссылкой на случай глухого замыкания на землю без сопротивления, В случае, когда замыкание представляет собой сопротивление, обнаружение этого замыкания может быть ошибочным, т. е, замыкание может быть обнаружено в то время, когда оно происходит за пределами участка защищаемой линии. В действительности, в плане сопротивления - реактивного сопротивления, согласно координатам Р - Х (фиг. 4), характеристикой реле, соответствующего устройству фиг. 1, является кривая С и может случиться, что замыкание на линии за пределами защищенной зоны, но представляющее сопротивление, будет обнаружено, как находящееся внутри защитной зоны ЛСь В таком случае полученное полное сопротивление соответствует полному сопротивлению внутри защиащемой зоны, Чтобы улучшить качество измерения, необходимо между ло 5 10 15 20 25 30 З 5 40 45 50 55 60 65 гической схемой ИЛИ 18 и временным запоминающим устройством 19 включить схему 21 задержки времени (фиг. 5), которая не пропускает импульсы, посылаемые схемой ИЛИ 18, если их продолжительность превышает установленное значение. Выбранная, продолжительность задержки имеет цель изменить характеристику реле, характеристику, которая становится заметно эллиптической (кривая С фиг, 4), и, следовательно, сократить удлинение защитной зоны, вызванное сопротивление на месте замыкания. В этом случае замыкание полного сопротивления ЛС, вне защитной зоны не обнаруживается. Другой вариант изобретения показан на фиг. 6, Этот вариант применим тогда, когда замыкание на землю представляет собой сопротивление. На фиг. 6 показан случай замыкания между фазой А и землей, представляющей сопротивление И.Напряжение У, выражено отношением11 а - 711 а+ 1 г + Чзгде Ц - напряжение на клеммах с повреждением.Так как практически полные сопротивления нулевой последовательности с обеих сторон на месте замыкания имеют один и тот же принцип, то напряжение Ц совпадает по фазе с остаточным током и пропорционально сопротивлению на месте замыкания. Если а является действительным коэффициентом, то Ц=а Яд 1.Тогда напряжение выражаетсяУ а - (Ю - )(1 а+К 1) +аРд 1 Замыкание на землю, происходящее в пределах контролируемой зоны, характеризуется:Ы=У, т. е. У,=а Рд 1,.Замыкание в точке равновесия Ы=Л характеризуется тем фактом, что компенсированное напряжение замкнутой фазы, появляющееся на входной клемме усилителя, совпадает по фазе с остаточным током. Схема на фиг. 6 отличается от схемы на фиг. 1 тем, что остаточный ток 1 поступает в усилитель 22 через разделительный трансформатор 23, первичная обмотка которого соединена с клеммами шунта 24, по которому проходит этот ток. Сигнал на выходе усилителя 22 подается через схему НЕ 25, на вход логических схем И 1 б и НЕ - И 17.Схема И 1 б и схема НЕ - И 17 принимают также логические сигналы от усилителей-преобразователей 13, 14 и 15. Логическая схема НЕ - И 17 подает сигнал уровня во время интервала, когда три напряжения измерения отрицательные и остаточный ток положительный, в то время как логическая схема И 1 б посылает сигнал уровня во время интервала, когда три напряжения измерения являются положительными, а остаточный ток отрицательным.Схема ИЛИ 18, соединенная с выходом схемы И 1 б и схемы НЕ - И 17, посылает сигнал уровня 1, если тот или другой из ее входов находится на уровне 1. Схема временного запоминающего устройства 19 преобразует последовательный ряд этих сигналов незначительной продолжительности в постоянный сигнал, который используется для приведения в действие выключающего устройства 20,Предмет изобретения1. Устройство для обнаружения замыкания на землю и для защиты отдельных участков линий трехфазной сети с заземленной нейтралью, содержащее на каждую фазу сети трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформатор тока нулевой последовательности и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено тремя промежуточными трансформаторами, первичные обмотки которых включены встречно обмоткам указанных трансформаторов тока, а вторичные обмотки соединены последовательно с вторичными обмотками трансформаторов напряжения и с первичной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности и подключены через аналого-логические усилители-преобразователи к логическим элемен там И, НЕ - И, выходы которых связаныс логическим элементом ИЛИ, подсоединенным к исполнительному органу.2, Устройство по п. 1, отличающееся тем,что оно снабжено дополнительным аналого логическим усилителем - преобразователем,вход которого через разделительный трансформатор и шунт соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока нулевой последовательности, а выход через логический эле мент НЕ подключен к вхсдам указанныхлогических элементов И и НЕ - И,Изд. Мо 853 Тираж 448 Подписное делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5