Устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

Номер патента: 1034115

Автор: Бухтояров

ZIP архив

Текст

",ЮеСНЕРЕСПУБЛИН Н 02 Н 3 ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСАНМ АВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВ д замыкаюез вновь дсоединен кЯТЬ и кстальных АРственный камитет сбсе ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИ(71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторскийинститут по добыче полезных ископаемых открытым способом(56) 1. Авторское свндетелъстэо СССР У 353309, кл, Н 02 Н 3/16, 1972,2. Авторское свидетельство СССР Ф.904064, кл. Н 02 Н 3/16 1976 (54)(,57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО ЭАИЬПИНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее основной трансформатор тока нулевой последовательности, установленный на защищаемом присоединении, и вспомогательный трансформатор тока, установленный в цепи искусственно сформнровавного источника емкостного тока, вторичные обмотки которых через амплитудные ограничители подключены к органу сравнения фаз, выход которого связан с исполнительным органом, о т л ич а ю ще е с ятем, что, с целью повышения точности определения поврежденного присоединения и надежности функционирования, оно снабжено последовательно соеднненньааи интегратором с замыкающим ключом, компаратором, к одному входу которого под- . ключен Источник опорного напряжения, элементом ПАИЯТЬ на Йз-триггере, и подключенным своим выходом к исполнительному органу, элементом совпадения с двумя входами, один из которых подсоединен к выходу вновь введенного пускового органа по напряжению нулевой последовательности, а другой - к выходу триггера, й -вход которого через вновь введенный элемент НЕ подключен к выходу пускового органа, причем вход интегратора подсоединен к выходу органа сравне ния фаз, а управляющий вхощего ключа интегратора червведенный элемент ИЛИ повыходу своего элемента ПАИвыходам элементов ПАМЯТЬ оприсоединений.2, Устройство по п. 1, о т л нч а ю щ е. е с я тем, что орган сравнения фаз выполнен на двухполупериодыом управляемом мостике, в.одни нз плеч которого включены эмиттер-коллекторные переходы транзисторов, коллектор-.базовые цепи которых подключены к вторичным обмоткам вновь вэеденного управляющего трансформатора, первичная обмотка которого запнтана от вторичной обмотки вспомогательного трансформатора тока, при этом вход мостика по переменному току иодключен к вторичной обмотке основного трансформатора тока. нулевой последовательности, а его выход подключен к одному из входов вновь введенного порогового усилителя, другой эход которого подключен.к источнику опорного напряжения, выход порогового .усилителя является выходом органа сравнения фаз.3. Устройсво по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что орган сравнения фаз выполнен на двух замыкающих ключах и двух основных иеинвертирующих операционных усилителях, вход одного из которых, уста ноэленного в канале отрицательной нолярности, подключен к амплитудною ограничителю, установленному в цепи основного трансформатора тока нулевой последовательности, вход вто рого усилителя, установленного э канале положительной полярности, подключен к этому же амплитудному ограничителю через вновь введенный первый дополнительный инэертирующий усилитель, выходы обоих основных неинвертнрующих, усилителей через замыкающие ключи и разделительные дио1034115 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от однофазиого замыкания на землю в сетях переменного тока с малым током замыкания на землю.Известно устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю (11,Однако устройство может работать неселективно, так как может быть повреждено само опорное присоединение, относительно которого выявляется присоединение с замыканием на эемлюе Указанная цель достигается тем,что устройство, содержащее основной трансформатор тока нулевой последовательности, установленный на защищаемом присоединении, и вспомогательный трансформатор тока, установленный на искусственно сформированном источнике емкостиого тока, вторичные обмотки которых через амплитудные ограничители подключены к органу сравнения фаз, выход которого связан с ис,полнительным органом, снабжено последовательно соединенньаки интеграто ром с замыкающим ключом, компаратором, один из входов которого подключен к источнику опорного напряжения, элементом ПАМЯТЬ на ЙВ"триггере, и подключенным своим выходом к испол нительному органу, элементом совпадения с двумя входами, один из которых подсоединен к выходу вновь введенного пускового органа, по напряжению нулевой последовательности, 30 а другой - к выходу триггера, Рвход которого через вновь введенный элемент НЕ подключен к выходу пускового органа, причем вход интегратора подсоединен к выходу органа сравнеЗ 5 ния Фаз, а управляющий вход зааааюды подключены к входу вновь введенного второго инвертирующего усилителя, подключенного своим выходом кинтегратору и через резисторы обратной отрицательной связи к входамосновных усилителей, при этом управляющий вход замыкающего ключа, установленного в канале отрицательнойполярности, подключен к выходу вновьвведенного первого триггера Шмитта,вход которого через вновь введенныйпервый дополнительный неинвертирующий усилитель подсоединен к выходуамплитудного ограничителя, установленного в цепи вспомогательноготрансформатора тока, управляющийвход замыкающего ключа, установленного в канале воложительной полярности, подключен к выходу вновьвведенного второго триггера Шмитта,вход которого через вновь введенныеи последовательно соединенные дополнительные второй неинвертирующий итретий инвертирующий усилители подНаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство, содержащее основной трансФорматор тока нулевой последовательности (ТТНП), установленный на защищаемом присоединении и вспомогательный ТТНП, установленный на искусственно сформированном источнике емкостного тока (ИСИЕТ), вторичные обмотки которых через амплитудные ограничители подключены к органу сравнения фаз (ОСФ, выполненному в виде блока совпадения и подключенному своим выходом к исполнительному органу (ИО) .2 еНедостаток устройства состоит в том, что оно может действовать неселективно от сигналов помех, а также от сигналов небаланса, обусловленных неидентичностью угловых характеристик трансформаторов тока нулевой послеключены также к выходу амплитудногоограничителя вспомогательного трансФорматора тока, инвертирующие входывсех неинвертирующих усилителей подключены к источнику опорного напряжения. 4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем что орган сравнения фаз выполнен в виде одновходового компаратора сигналов на операционном усилителе, инвертирую- щий вход которого подключен к общему на все присоединения сумматору одно- полярных сигналов и к выходу соответствующего преобразователя напряжение-ток на транзисторе, вход которого через вновь введенный операционный усилитель подсоединен к выходу низкоомного потенциометра, включенного на .выходе амплитудного ограничителя, подсоединенного к вторичной обмотке основного трансформатора тока нулевой последовательности. довательности, иесимметрией фаэ сети относительно земли и т.д,Цель изобретения - повышение точности определения поврежденного присоединения и надежности Функционирования устройства,щего ключа интегратора через вновьвведенный элемент ИЛИ подсоединенк выходу своего элемента ПАМЯТЬ ивыходам элементов ПАМЯТЬ остальныхприсоединений,Приэтом орган сравнения фаз может 5быть ныполнен по трем вариантам.Орган сравнения по 1-му нариантусодержит двухполупериодный управляемый выпрямитель на диодном мостике,в одни из плеч которого включены, 10эмиттер-коллекториые переходы транзисторов, .коллектор-базовые цепикоторых подключены к вторичным обмоткам вновь нведенного управляющеготрансформатора, первичная обмотка 5которого запитана от вторичной обмотки вспомогательного трансформаторатока, при этом вход мостика по переменному току подключен к вторичнойобмотке основного. трансформатора тока 0нулевой последовательности, а еговыход подключен к одному из входоввновь введенного порогового усилителя, другой вход которого подключенк источнику опорного напряжения,выход порогового усилителя являетсявыходом органа сравнения фаз.Орган сраннения фаз по 11-му варианту содержит два замыкающих ключаи два основных неинвертирующих операционных усилителя, вход одного изних, .установленного в канале отрицательной полярности, подключен камплитудному ограничителю, установленному в цепи основного трансформатора тока нулевой последовательности, З 5нход второго усилителя, установленного в канале положительной полярности, подключен к этомуже амплитудному ограничителю через вновь введенный первый дополнительный инвертирующий усилитель, выходы обоих осиовных иеинвертирующих усилителей через замыкающие ключи и разделительные диоды подключены к входу вновьвведенного Второго иннертирующего 45усилителя, подключенного своим выходом к интегратору и через резисторыотрицательной обратной связи к вхо- дам основных усилителей, при этомуправляющий вход замыкающего ключа,установленного в канале отрицательной полярности, подключен к выходувновь нведенного первого триггераШмитта, вход которого через вновьвведенный перный дополнительныйнеинвертирующий усилитель подсоединен к выходу амплитудного ограничителя,установленного в цепи вспомогательного трансформатора тока, управляющий вход замыкающего ключа, установленного в канале положительной 60полярности, подключен к выходу вновьвведенного второго триггера Шмитта,вход которого, через вновь введенныеи последовательно соединенные второй дополнительный неиннертирующий 65 и третий дополнительный инвертнрующийусилители подключены также к выходуамплитудного ограничителя вспомогательного трансформатора тока,.инвертирующие входы всех неинвертирующихусилителей подключены к источникуопорного напряжения,Орган сравнения фаз по 111-муварианту выполнен в виде однонходоэого компаратора сигналов на операционном усилителе, нннертирующийвход которого подключен к общему нансе присоединения сумматору однополярных сигналов и к выходу соответствующего преобразователя напряжение-ток на транзисторе, вход которого через вновь введенный .операционный усилитель подсоединен к выходунизкоомного потенциометра, включенного на выходе амплитудного ограничителя, подсоединенного к вторичнойобмотке основного трансформатора тока нулевой последовательности,На фиг.1 представлено устройстводля направленной защиты от замыкания на землю; на фиг,2,и 3 - примерывыполнения органа сравнения фаз.Схема для устройства дана для одного присоединения,Устройство для нанранленной защитыот замыкания на землю содержит .основной трансформатор 1 тока нулевойпоследовательности (ТТНП), установленный на защищаемом. присоединении2 и вспомогательный трансформатср3 тока (ТТ), установленный в цепи искусственно сформированного источника4 емкостного тока (ИСИЕТ); орган 5сравнения фаз (ОСФ), входы которогочерез амплитудные ограничители 6 и 7подклЮчены к вторичным обмоткамтрансформаторов 1 и 3, а выход соединен с инвертирующнм входом интегратора 8 с ключом 9; элемент ПАМЯТЬ 10,выполненный иа Й 5-триггере, Н -входкоторого через компаратор 11 подсоединен к выходу интегратора 8, а Р -вход через элемент НЕ 12 - к выходу .пускового органа (ПО) 13, подключенному к трансформатору напряжения нулевой последовательности (не показан); элемент ИЛИ 14, один вход которого подключен к выходу элементаПАМЯТЬ 10, а другие входы - к выходамэлементов ПАМЯТЬ остальиых присоеди- .нений (не показаны), выход элементаИЛИ 14 подключен к управляющему входу ключа 9 и к управляющим входамключей интеграторов других присоединений; источник опорного напряжения(ИОН) 15; ИО 1 б, связанный через элемент 17 совпадения с выходами элементов 10 и 13.ОСФ 5 по Т-му варианту состоитиз двухполупериодного выпрямителяна диодах 18-21, управляющего транс-форматора 22, транзисторов 23 и 24и операционного усилителя 25.Орган сравнения фаз по 11-му ва"рианту (Фиг.2) содержит заьыкающиеключи 26 и 27 неинвертирующие 2831 и инвертирующие 32-34 операционные усилители, диоды 35-38, триггеры,Шмитта 39 и 40. 5Орган сравнения фаз по 111-му варианту (фиг,З) состоит из общего навсе присоединения (показано. два) сумматора 41 однополярных сигналов,включенного между минусовым выводом источннка питания и общей входной шиной, транзисторных преобразователей42 и 43 напряжение-ток, вход которых через диоды 44 и 45 подключенык выходам операционных усилителей 1546 и 47, неинвертирующие входы которых подсоединены к выходам низкоомных потенциометров амплитудногоограничителя 6 и 7, подключенныхсВОими ВхОдами к ОснОВным трансформаторам 1 и 3 тока нулевой последовательности защищаемого присоединения 2 и 4, а инвертирующие входы усилителей 46 и 47 связаны с выходамитранзисторных преобразователей 42и 43 по схеме отрицательной обратной связи; одновходовых компараторов 48 и 49 сигнала на операционномусилителе, инвертирующие входы которых подсоединены к выходу сумматора41 и к выходам транзисторных преобразователей 42 и 43, выходы компараторов 48 и 49 через диоды 50 и 51соединены с интегратором (на фиг.Зне показан),В эмиттериую цепь транзисторных 35преобразователей 42 и 43 включен регулируемый резистор с малым сопротивлением, часть напряжения с которого подается на инвертирующий входоперационного усилителя 46 (47) и 40который охватывается отрицательнойобратной связью. Глубина этой связии значение общего коэффициента передачи по току зависят от отношениявеличины сопротивления регулируемой 45части резистора к его общей величинесопротивления.Устройство работает следующим образом.При отсутствии в сети однофаэногозамыкания на землю ПО 13 и ИО 16 находятся в исходном состоянии. Ключ 9разомкнут. ИОН 15 включен,При возникновении однофазногозамыкания на землю, например, наприсоединении 2, на выходах ттнп 1 55и ТТ 3 появляются сигналы, совпадающие по фазе (при правилъно выбраннойполярности вторичных обмоток ТТНП 1и ТТ 3). В зависимости от мгновенныхнаправлений выходных сигналов амплитудных преобразователей 6 и 7 попеременно (в каждый из полупериодов)открываются и закрываются транзисто ры 23, 24 и диоды 19, 20, 18 и 21.В результате этого выходной сигнал , 65 амплитудного преобразователя 6 выпрямляется и поступает на вход порогового усилителя 25. Если величина этого сигнала окажется болъше заданного уровня (порога) срабатывания усилителя, на его выходе появляется сглаженный сигнал, который поступает на вход интегратора 8, напряжение на выходе которого изменяется по линейному закону. При достижении этим напряжением величины напряжения срабатывания комцаратора 11 последний приходит в действие и переключает триггер 10 в единичное состояние.При условии срабатывания ПО 13 на выходе элемента 17 совпадения появляется сигнал и происходит срабатывание исполнительного органа 16,действующего на отключение выключателя защищаемого присоединения 2При внешнем по отношению к присоединению 2 замыкании на землю первичные токи замыкания на землю через трансформаторы 1 и 3 тока по Фазе будут противоположны, и сигнал на . выходе выпрямительного мостика на диодах 18-21 не появится, если сдвиг по фазе между ними будет равен или близок к нулю.Если этот сдвиг не будет равен нулю, то на выходе мостика могут появляться импульсы, амплитуда и длительность которых зависят от величины фазового сдвига. Эти импульсы могут пройти. на выход усилителя 25 при условии, если будут иметь амплитуду, превышающую уровень напряжения срабатывания усилителя. Такое возможно, например, в начальный переходный период однофаэного замыкания на землю, характеризующийся появлением бросков емкостного тока на поврежденном присоединении и неповрежденных, Амплитуды этих бросков могут в 30-40 раз превышать установившиеся значения. Однако, несмотря на появление сигнала на выходе усилителя 25, ложного срабатывания устройства не происходит, так как, во-первых, сигнал на выходе интегратора 8 имеет линейную характеристику, во-вторых, для срабатывания компаратора 11 необходимо, чтобы выходное напряжение интегратора 8 достигло значения порога срабатывания. Поэтому даже при максимально неблагоприятном сдвиге Фаз сигналов (с точки зрения величины амплитуды управляемого сиг" нала и его длительности) первым срабатывает устройство для защиты, установленное на поврежденном присоединении, поскольку амплитуда и длительность входных сигналов, действующих в канале защиты поврежденного присоединения, являются, как правило, наибольшими по сравнению с амплитудой и длительностью сигнала в канале устройства для защиты, устаноьленного на неповрежденном присоеди- режденное присоединение по величиневсегда равен сумме токов неповрежденнении.П абатывании защиты поврежри ср ных присоединений и искусственноденного присоединения через элемент сформированного источника емкост ногоИЛИ 14 подается сигнал на управляющий тока,вход ключа 9, В результате этого на Орган сравнения фаз срабатываетпряжения на выходах интеграторов при равенстве по абсолютной величинестановятся равными нуюэо. Работа, за-. выходных сигналов сумматора 41 ищиты блокируется . Только бослЕ исчез- преобразователя 42 (43) .новения сигнала напряжения нулевой Так как при замыкании на защищаепоследовательвательности триггер 10 перек- О мом присоединении эти сигналы всегда.,лючается в нулевое состояние и уст-равны между собой, орган сравненияройство готово к нй г оэо к новой работе. Фаэ работает правильно как в переходОрган сравненияения фаз rо 11-му эа- ном, так и в установившемся режимахрианту работает следующим образом. сднофаэного замыкания на землю.(5 При внешнем замыкании на землюПри возникновении в сети однофаз- в выходнойцепн сумматора 41 протекаетного замыкания на землю, например ток, равный сумме токов (отрицательна присоединении 2, на выходах потея- ных полуволн) всех присоединений. Вциометров амплитудных ограничителей этом случае выходной сигнал суммато 6 7 (фиг.2) появляются сигналы, - ра по модулю больше выходного сигна-"и20пропорциональные токам нулевой пос- ла любого преобразователя 42 (43) иледовательности. При их совпадении орган сравнения Фаз в действие непо фазе попеременно открываются ключи приходит.26 и 27 и на выходе усилителя 34 Прн наличии искусственно сформиет я сигнал по модулю равный25рованного источника емкостного токаразности выходного си ы одного сигнала амплитуд- органсравнения фаз работает правильного ограничителя 6 и доли напряже- но н в том случае, когда в сети имения ИОН 15, ется эсего лишь дэа присоединения,В случае несовпадения сигналов ,так как при отсутствии источника оппо фазе ключи иключи 26 и 27 не открывают- ределить направление поврежденного0у твует сигнал на выходе 3 присоединения затруднительно (пракся и отсутствует сигисилителя 34. Сигнал на выходе дан- тически невозможно) в силу равенстного усилителя отсутствует и в том ва величин токов через поврежденноеслучае, когда велича величина выходных сиг- н неповрежденное присоединение.. налов ограничителеничителей 6 и 7 ниже за- - Введение в устройство для защитыданного значения по гния (порога срабатыэа от однофазного замыкания на землюния усилителей 28- ),ей 28-31), интегРатора, компаратора, элементовОрган сравнения аз понения Фаз по 111-му ва- ПАИЯТЬ и ИЛЙ, а также пускового оргарианту работает следующим об а т следующим образом. на позволяет обеспечить высокую точПри возникновении в сети эамык -ии в сети эамыка- ность и селективность работы защитыния на землю, например на присоеди как в установившемся, так и переходнекии 2, на выходах ограничителе2, ограничителей ном режимах однофазного замыкания6 и 7 (ниэкоомных потенциометров)Выполнение органа сравнения фаэпоявляются сигналы, пропорциональныетокам нулевой последовательности,. на двухполупериодном управляемомкоторые подаются на неинвертируЮщие 45 выпрямителе (по 1 и 11-му вариантамвходы усилителей ивходы у й 46 47 и соответст- позволяет снизить вторичную нагрузкутрансформаторов тока нулевой послевенно на входы преобразователей 42довательности до минимума и обеспеи 43. Через сумматор (резистор) 41циональный чить их работу э режиме наименьшей.начинает течь ток, пропорциональныугловой погрешности, а значит и по 42 43 Поскольку высить точность работы устройствана авление фаза) токов на неповреж- для защиты в целом.нных п нсоединениях всегда протиположно (а) направлению тока на на операционных усилителях и транвоположно (а) рзисторах дает воэможность при малыхенном п исоединении и поскольна входы преобразователей 42 и 43 входи55 о ных сигналах трансформаторов то"ку на вход р ро т поступать лишь однополярные ка нулевой последовательности выполмогут постуналы то в выходной цепи сумматора нить устройство для защиты болеечувствительным и, кроме того, повы 41 в одио ин из полупериодов будет прощает технологичность его изготовлетекать пре рп еоб аэованный ток повреж 60 ння. При этом выполнение органа сравденного пр дп исоединения 2, в другойнения фаз по 111-му варианту требуетполупериод - Уио - сумма токов нулевой понаименьшего количества операционныхследоэательности всех неповрежденныхприсоединений, причем ток через пов- усилителей.1034115 Корре А. Повх Тираа 617 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 035, Москва, ЖРауазска

Смотреть

Заявка

3367605, 23.12.1981

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

БУХТОЯРОВ ВАСИЛИЙ ФЕДОРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02H 3/16

Метки: замыкания, защиты, землю, изолированной, направленной, нейтралью, однофазного, сети

Опубликовано: 07.08.1983

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1034115-ustrojjstvo-dlya-napravlennojj-zashhity-ot-odnofaznogo-zamykaniya-na-zemlyu-v-seti-s-izolirovannojj-nejjtralyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью</a>

Похожие патенты