Устройство для защитного отключения в сети переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХКЗЬЭпаеснаРЕСПУБЛИК 2 Н 3/16 ф Н 02 Н 3/О РЕТЕНИ ОПИСАНИ СКОМУ СВИДЕ ЬСТВУ КА к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЧФ(71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехничес ий институт им, С.М.Кирова(56) 1. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей. М., "Энергия", 1975, с.213.2. Авторское свидетельство СССР 9815830, кл. Н 02 Н 3/16, Н 02 Н 7/00 1979.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее измерительный блок, состоящий из пусковых токовых органов по числу ступеней защиты, органа направления мощности, первый вход которого соединен с входами пусковых токовых органов и является первым входом измерительного блока, подключенного к датчику тока, а второй вход органа направления мощности является вторым входом измерительного . блока, подключенным к датчику напряжения, при этом выходы пусковых токовых органов и органа направления мощности являются выходами измерительного блока, подключенными к входам формирующего блока, состоящего по числу ступеней защиты из последо-, вательно соединенных элементов И, органов временных задержек и органов сигнализации, причем выходы пусковых токовых органов измерительного блока подключены к первым входам соответствующих элементов И формирующего блока вторые входы которых объединены и подключены к выходу органа направления мощности измерительного блока, а выходы органов, сигнализации формирующего блока через первый элемент ИЛИ и моностабильный элемент подключены к второму входу исполнительного органа, выполненного на элементе ЗАПРЕТ, выход которого подключен к выключателю и органу сигнализации о срабатывании защиты, элемент НЕ, вход которого подключен через первый элемент задержки к органу сигнализации о неисправности в измерительном блоке, а выход - к первому входу первого элемента И, второйвход которого подключен к точке сое-. динения первого элемента ИЛИ и моностабильного элемента, орган сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, о т л и ч а ю щ е е с я . Я тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе и удобства в эксплуатации, в него введены КБвай триггер, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, второй элемент И со счетчиком регистрации числа Ю самопроверок защиты на выходе, вто йь рой и третий элементы задержки, разде лительные диоды, при этом выход пос- ф леднего пускового токового органа измерительного блока соединен с Б-входом КБ-триггера, К-вход которого подключен к выходу третьегоэлемента ИЛИ, а выход КБ-триггера подсоединен через второй элемент задержки и согласно включенные разделительные диоды к выходам измерительного блока и входам пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента НЕ, причем выходы органов11124 Ь 7 к Ц. сигнализации формирующего блока подключены к второму, третьему и четвертому входам второго элемента И, кпервому входу которого подключен выход моностабильного элемента 1 а к выходу-первый вход третьего элементаИЛИ, к второму входу которого подключен выход исполнительного органа,к третьему входу - выход первого элемента задержки, а к четвертому входучерез третий элемент задержки - выходвторого элемента задержки и второй Изобретение относится к электротехнике, в частности, к релейной защите электрических систем.Известны устройства для защитного отключения в сети переменного то Наиболее близким по технической сути к изобретению является устройст. во для защитного отключения сети 10 переменного тока, содержащее измерительный блок, включающий токовые пусковые органы по числу ступней защиты и орган направления мощности, формирующий блок, содержащий 15 в каждой ступени последовательно соединенные между собой элементы И, органы временных задержек и органы сигнализации о работе соответствующей ступени, а также общий для всех 20 ступеней элемент ИЛИ, исполнительный орган, выполненный на элементе ЗАПРЕТ, орган сигнализации о срабатывании защиты, логический элемент И, логический элемент НЕ, орган 25 сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, вызывающих появление сигнала на его выходе, моностабильный элемент, элемент задержки, орган сигнализации о неисправностях в из мерительном блоке, вызывающих его длительное срабатывание. Известное устройство не допускает ложного срабатывания защиты при неисправностях в формирующем блоке, вызывающих появ ление сигналов на его выходе, при совпадении указанного режима с внешними короткими замыканиями, при которых срабатывают реле измерительного вход второго элемента ИЛИ, первыйвход которого подключен к точке соединения выхода первого элемента И ипервого входа четвертого элемента.ИЛИ, выход которого подсоединен коргану сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, а выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу исполнительного органа,причем второй вход четвертого элемента ИЛИ подключен к выходу третьегоэлемента задержки. блока, при длительном появлении сигналов на выходе измерительного блока, вызванных неисправностями в его схеме или невозвратом в исходное состояние пусковых реле после отключения выключателя на защищаемом объекте, и повторном включении выключателя 2,Однако известное устройство не выявляет неисправностей в формирующем блоке защиты, приводящих к отказу в ее срабатывании при замыканиях в защищаемой зоне. В результате этого, при появлении указанных неисправностей, происходит отказ в функциони-ровании защиты, что особенно опасно при отсутствии на защищаемом объекте резервных защит, так как ликвидация повреждения в данном случае будет производиться защитами смежных элементов, вызывая отключение большого количества неповрежденного оборудова" ния, Кроме того, отключение смежных элементов резервными защитами происходит. со значительными выдержками времени, что вызывает длительное воздействие на оборудование электрической системы токов короткого замыкания и может привести к нарушению устойчивости ее работы.Цель изобретения - повышение надежности работыи удобства эксплуата" ции защиты.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защитного отключения в сети переменного тока 1, содержащее измерительный блок, состоящий из пусковых токовых органов по числу ступеней защиты, органа, направления мощности, первый вход40 Э 111246которого соединен с входами пусковых токовых органов и является первым входом измерительного блока,подключенного к датчику тока, а второй вход органа направления мощиос"ти является вторым входом измерительного блока, подключенным к датчикунапряжения, при этом выходы пусковыхтоковых органов и органа направления,мощности являются выходами измерительного блока, подключенными квходам формирующего блока, состоящего по числу ступеней защиты изпоследовательно соединенных элементов И, органов временных задержек 15и органов сигнализации, причем выходы пусковых токовых органов измерительного блока подключены к первым входам соответствующих элементов И формирующего блока, вторые 20входы которых объединены и подключены к выходу органа направления мощности измерительного блока, а выходы органов сигнализации формирующего блока через первый элемент 25ИЛИ и моностабильный элемент подключены к второму входу исполнительногооргана, выполненного на элементеЗАПРЕТ, выход которого подсоединенк выключателю и органу сигнализации . 30о срабатывании защиты, элемент НЕ,вход которого подключен через первый элемент задержки к органу сигнализации о неисправности в измеритель.ном блоке, а выход - к первому входУ З 5первого элемента И, второй вход которого подключен к точке соединенияпервого элемента И и.моностабильногоэлемента, орган сигнализации о неисправностях в формирующем блоке,введены КБ-триггер, второй, третийчетвертый и пятый элементы ИЛИ,второй элемент И со счетчикам регистрации числа самопроверок защиты навыходе, второй и третий элементы 45задержки, разделительные диоды, приэтом выход последнего пусковоготокового органа измерительного блока соединен с Б-входом КЯ-триггера,К-вход которого подключен к выходу 50третьего элемента ИЛИ, а выходКБ-триггера подсоединен через второй элемент задержки и согласновключенные разделительные диоды квыходам измерительного блока и входам пятого элемента 1 ГИ, выход которого подключен к входу элемента НЕ,причем выходы органов сигнализации 4формирующего блока подключены к второму, третьему и четвертому входам второго элемента И, к первому входу которого подключен выход моностабильного элемента, а к выходу - первый вход третьего элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход исполнительного органа, к третьему входу - выход первого элемента задержки, а к четвертому входу через третий элемент задержки - выход второго элемента задержки и второй вход второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к точке сое- динения выхода первого элемента И и первого входа четвертого элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к ор" гану сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, а выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу исполнительного органа, причем второй вход четвертого элемента ИЛИ подключен к выходу третьего элемента задержки.На чертеже показана схема предлагаемого устройства.Устройство для защитного отключения в сети переменного тока содержит измерительный блок 1, включающий пусковые токовые органы 2, количество которых равно числу ступеней устройства, и орган 3 направления мощности, формирующий блок 4, содержащий в каждой из ступеней элементы И 5, органы 6 временных задержек, органы 7 сигнализации о работе соответствующей ступени, а также первый элемент ИЛИ 8,исполнительныйорган 9, выполненный на элементе ЗАПРЕТ, первый и второй элементы И 10 и 11, элемент НЕ 12, орган 13 сигнализации о срабатывании защиты, орган 14 сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, моностабильный элемент 15, первый, второй и третий элементы задержки 16-18, КБ-триггер 19, элементы ИЛИ 20-23, разделительные диоды 24, второй, третий, четвертый и пятый счетчик 25 регистрации числа самопроверок защиты, орган 26 сигнализации о неисправностях в измер- тельном блоке.Устройство работает следующим образом. 11 ри включенном состоянии выключателя защищаемого объекта, отсутствии на нем аварийной ситуации и исправном состоянии измерительного блока 1сигналы на выходах последнего отсутствуют (исключение составляет выход органа 3 направления мощности,реагирующего на полную мощность,так как в нормальном режиме этот элемент .может находиться в сработанномсостоянии). Нет сигнала на Б"входеи прямом выходе триггера 19, на входе и выходе второго элемента 17 за"держки,на входах и выходах всехразделительных диодов 24, на входахисключение могут представлять входыформирующего блока, связанные с выходом органа направления мощности)и выходе формирующего блока, на входеи выходе моностабильного элемента15, на прямом входе исполнительногооргана 9, нет сигналов на всех входахвторого элемента И 11 и на его выходена входе и выходе элемента 18 задержки, на всех входах третьегоэлемента ИЛИ 21 и его выходе, связанном с К-входом триггера 19. Отсутствуют сигналы на всех входахпятого элемента ИЛИ 23, на его выходе и входах первого элемента 16задержки и элемекта НЕ 12. На выходе первого элемента 16 задержкисигнала нет, а на выходе элемента НЕ 12 и первом входе первогоэлемента И 10 сигналы есть, но навтором входе и выходе первого элемента И 10 сигналы отсутствуют,нет сигналов на обоих входах и выходе четвертого элемента ИЛИ 22,на обеих входах и выходе элементавторого ИЛИ 20 и инверсном входеисполнительного органа 9, Не работают орган 13 сигнализации осрабатывании защиты, орган 14 сигнализации о неисправностях в форми"рующем блоке, орган 26 сигнализации о неисправностях в измерительном блоке и счетчик 25 регистрации,числа самопроверок защиты,1 45 50 55 Если в этом режиме в схеме формирующего блока 4 возникнет неисправность, вызывающая появление сигнала на его выходе, то появляется сигнал на втором входе и выходе первого элемента И 10, ка входе и выходе второго элемента ИЛИ 20 и связанном с ним инверсном входе исполнительно. - го органа 9, на входе и выходе чет-, вертого элемента ИЛИ 22 и связанном ,с ним органе 14 сигнализации о неисправностях в формирующем блоке, на входе и выходе моностабильного эле-1 О 15 20 25 30 35 40 мента 15 и связанном с ним прямом входе исполнительного органа 9. Защита не работает на отключение, а подается сигнал о неисправности в формирующем блоке. Второй элемент И 11 в этом режиме не работает, так как сигналы поступают только на два его входа, связанные с выхо" дом моностабильного элемента 15 и с выходом органа сигкализации неисправной ступени формирующего блока 4.При возникновении в этом случае внешнего короткого замыкания, вызывающего срабатывание некоторых токовых пусковых органов измерительного блока 1, сигнал с инверсного входа исполнительного органа 9 снимется, так как появятся сигналы на входах пятого элемента ИЛИ 23, связанных с выходами сработавших пусковых органов, на его выходе и входе элемента НЕ 12, исчезнет сигнал на выходе последнего и связанном с ним входе первого элемента И 10, на выходе этого элемента, на входе и выходе второго элемента ИЛИ 20. Но защита не подействует на отключение выключателя, т.е. не будет сигнала и ка прямом входе исполнительного органа 9, который исчезает с выхода моностабильного элемента 15 через время, достаточное для действия защиты на отключение, после подачи его на вход этого элемента. Первый элемент 16 задержки не успевает сработать, и сигнал о неисправности в измерительном блоке не появится, так как время задержки на нем больше времени действия защит на отключение своими резервными ступенями.При внешнем коротком замыкании, когда ликвидация повреждения происходит защитами поврежденного элемента, кратковременно срабатывают пусковые токовые реле измерительного блока 1, реагирующие на внешние замыкакия. Сигнал с выхода наиболее чувствительного пускового реле 2 последней ступени защиты подается ка Я-вход триггера 19, а с его прямого выхода - на вход второго элемента 17 задержки. После отключения внешнего короткого замыканияс Б-входа триггера 19 сигнал снимается, но на его прямом выходе он запоминается до момента поступления сигнала на К-вход. Через время, большее времени надежного отклю1112467 8го не будет сигналов на связанных с нимивходах второго элемента И 11 и на его,выходе. По истечении времени, большего ж- вРемени работы последней ступенц5 защиты, сигнал появится на выходетретьего элемента 18 задержки и черезчетвертый элемент ИЛИ 22 поступитна вход органа 14 сигнализации о не-исправностях в формирующем блоке. а нт 1 О через третий элемент ИЛИ 21 - наК-вход триггера 19. Срабатывает орган ще сигнализации о неисправностях вформирующем блоке, а защита возвращается в исходное состояние и вводитк 5 ся в работу своими исправными ступенями. Первый элемент 16 задержки вэтом режиме не работает, так как вреез мя его действия больше, чем у третьена . го элемента 18 задержки.20 Если в нормальном режиме работызащищаемого объекта появится неисправго ность в измерительном блоке 1, вызыль- вающая появление сигнала на выходе в одного из токовых пусковых органов, ь то сигнал через пятый элемент ИЛИ 23 иг- поступит на вход первого элемента16 задержки, а с его выхода послеистечения времени, большего временидействия последней ступени защиты,30 на вход органа 26 сигнализации онеисправностях в измерительном блокеи через третий элемент ИЛИ 21 наК-вход триггера 19. Срабатывает орган 2 сигнализации о неисправностях в измерительном блоке, а режимысамопроверки защиты запрещаются го Поэтому в случае возникновения указанной неисправности в наиболеечувствительном токовом пусковом органе последней ступени защиты, самопроверки ее производится не будут.Аналогично действует устройствое- при невозврате токовых пусковых органов в исходное состояние после действия защиты на отключение. чения устойчивого внешнего коротко замыкания резервными защитами при неуспешном АПВ, появляется сигнал на выходе второго элемента 17 задер ки и подается на вход третьего эле мента 18 задержки через второй элемент ИЛИ 20 на инверсный вход ис полнительного органа 9 и через раз делительные диоды 24 на все входы формирующего блока 4 и пятый эдеме ИЛИ 23.При исправном состоянии формирую го блока 4 сигналы появляются на выходах органов 7 сигнализации о срабатывании первой, затем второй и та далее последней ступени, поступают на входы первого элемента ИЛИ 8 фор мирующего блока и с его выхода .чер моностабильный элемент 15 приходят прямой вход исполнительного органа 9, Но исполнительный орган не работает, так как имеется сигнал и на е инверсном входеС выхода моностаби ного элемента 15 и с выходов органо 7 сигнализации о срабатывании отдел них ступеней формирующего блока. 4 с калы поступают на все входы второго элемента И 11, с выхода которого по дается сигнал на вход счетчика 25, регистрирующего число самопроверок защиты, и через третий элемент ИЛИ на К-вход триггера 19. Срабатывает счетчик, исчезает сигнал на выходе триггера 19, на входе и выходе втор го элемента 17 задержки,на всех вхо дах формирующего блока 4 и его выхо де, на входе и выходе моностабильно элемента 15, на входе третьего элемента 18 задержки, на входе и выходе второго элемента ИЛИ 20, на прямом и инверсном входах исполнительного органа 9, на входах и выходе второг элемента И 11, на входе и выходе тр тьего элемента ИЛИ 21, на входе сче чика 25 и К-входе триггера 19. Защи 45 возвращается в исходное состояние и вводится в работу. Первый 16 и третий 18 элементы задержки в этом случае не работают, так как время их действия больше времени работы последней ступени защиты. Если в указанном режиме в схеме формирующего блока 4 имеются неисправности, приводящие к отказу в работе какой-либо одной или нескольких ступеней защиты сразу, то сигнал на выходах органов сигнализации о их срабатывании не появится, следовательно,При внутренних коротких замыканиях наиболее чувствительный токовый пусковой орган 2 последней ступени защиты также срабатывает, и сигнал с его выхода подается на Б-вход триггера 19, запоминаясь на его выходе. Однако при действии защиты нз отключение по цепи любой из ступеней появляется сигнал на выходе формирующего блока 4 и через моностабильный элемент 15 подается на прямой вход исполнительного органа 9, на инверсном входе которого сигнал в данном случае от 9 111246 сутствует, так как в результате срабатывания токовых пусковых органов измерительного блока 1 сигналы с их выходов через пятый элемент ИЛИ 23 подаются на вход элемента НЕ 12, 5 на выходе которого и связанном с ним входе первого элемента И 10 сигнал исчезнет, исчезнет сигнал на выходе первого элемента И 10 и связанном с ним через второй элемент ИЛИ 20 10 инверсном входе исполнительного элемента 9. Сигнал с выхода исполнительного элемеНта 9 подается на вход выключателя, вход органа сигнализации о срабатывании защиты и через третий 15 элемент ИЛИ 21 на К-вход триггера 19. Происходит отключение выключателя, появляется сигнал о срабатывании защиты, и нсчезает сигнал с выхода КВ- триггера 19. Второй элемент 17 задерж 20 ки в этом случае не успевает сработать, Так как отключение короткого замыкания происходит по цепи одной из ступеней защиты, сработавшей первой, то элемент И 11 и счетчик 25 не работают.Также работает устройство и при внешних коротких замыканиях, когда защиты поврежденного элемента отказывают в действии и ликвидация 30 повреждения происходит резервными ступенями данной ступени.Таким образом, при замыкании на защищаемом элементе, а также при внешних коротких замыканиях, сопровождающихся отказом в действии защит поврежденного элемента, устройство действует на отключение выключателя и на сигнал.Применение предлагаемого устройства40 позволит повысить надежность работы релейных защит благодаря своевременному обнаружению неисправностей в их . схемах за счет самопроверок защит при внешних коротких замыканиях,количест.45 во которых значительно превышает число внутренних повреждений. Защита ,будет самопроверяться в промежутоквремени между двумя плановыми эксплуатационными проверками. Повышается также50 удобство эксплуатации такой защиты, так как при возникновении неисправности в ее схеме, приводящей к отказу в действии, и внешнем коротком замыкании в зоне ее работы подается сигнал, а при отсутствии неисправностей в указанном режиме срабатывания защиты - регистрируется спе 10циальным счетчиком, что позволяетэксплуатационному персоналу знатьколичество самопроверок защиты в прдмежуток времени между двумя плановыми проверками.Схема и описание предлагаемогоустройства для защиты отключения всети переменного тока приведены длямногоступенчатой токовой направленной защиты, содержащей в общемслучае И. ступеней и действующей привсех видах коротких замыканий.В случае использования предлагаемого устройства для многоступенчатой токовой направленной защитынулевой последовательности появляется возможность контролироватьисправное состояние органа 3 направления мощности нулевой последовательности измерительного блока 1,для чего выход его должен быть подключен к дополнительному входу пятого элемента ИЛИ 23, При этом будетпоявляться сигнал о неисправностив данном органе, вызывающей его срабатывание в нормальном эксплуатационном режиме или невозврат в исходноесостояние после действия защиты наотключение,Предлагаемое устройство можетбыть использовано для многоступенчатых дистанционньи защит. В этом слу-чае измерительный блок 1 будетвключать дистанционные пусковые органы 2, количество которых равно числуступеней защиты, и орган 3 блокирования защиты при качаниях, подключенные входами к выходам измерительных трансформаторов тока и напряжения, а вьиодами связанные со входамиформирующего блока 4, причем первыевходы каждого из элементов И формирующего блока соединены с вьходамидистанционных пусковых органов соответствующей ступени защиты а вторыеих входы связаны с выходом органа3 блокирования защиты при качаниях,который также связан с Я-входом т; иггера 19 (вместо связи с токовым органом 2) и дополнительным входом пятогоэлемента ИЛИ 23. В остальном схемаустройства и его работа не изменяются.Если дистанционные пусковые органы защиты выполнены ненаправленными, то измерительный блок ее будет содержать орган направления мощности, вход которого подключен к выходам измерительных трансформаторов тока и напряжения, а выход соединен с третьимивходами всех элементов И формирующегоблока 4. При этом число разделительных диодов увеличится на один, черезкоторый выход второго элемента 17 задержки будет связан с выходом органа направления мощности измерительного блока 1. Предлагаемое устройство может 1 О быть использовано и для ступенчатой токовой нацравленной или дистанционной защиты, При этом измерительный блок 1 будет содержать два органа (токовый пусковой орган и орган на правления мощности - для токдвых направленных защит, дистанционный пусковой орган и орган блокирования защиты при качаниях - для дистанционной защиты, имеющей направленный дистанцион ный орган (или .три органа), дистанционный пусковой орган, орган блокирования защиты при качаниях и орган направлЕния мощности - для дистанционных защит с ненаправленным дистанцион ным органом). Б-вход триггера 19 будет подключаться к выходу токового пускового органа - для токовой направленной защиты, к выходу органа блокирования защиты при качаниях - для ЗО дистанционной защиты, пятый элемент ИЛИ 23 будет отсутствовать для токовой направленной защиты, так как вы ход токового пускового органа удет соединен с входами элемента НЕ 12 и первого элемента 16 задержкиа для дистанционной защиты он будет содержать два входа, первый из которых связан с выходом дистанционного пускового органа, а второй - соединен. с выходом органа блокирования защиты при качаниях. Число разделительных диодов будет равно двум - для токовой направленной защиты и дистанционной защиты с направленными дистанциончыми органами и трем - для дистанцион-, ной защиты с ненаправленными пусковыми органами, а первый элемент И 10 будет содержать два входа, первый из которых соединяется с выходом моностабильного элемента 15, а второй подключается к выходу второго элемента 17 задержки, Формирующий блок в этом случае будет содержать один элемент И с двумя - для токовой направленной и дистанционной с направленным дистанционным органом защит, или с тремя входами - для дистанционной защиты с ненаправленным дистанционным органом.п,Г дПроектная Заказ 6465/39 . Тираж 613 ПоущсиоеШШ ород ул 4