Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты)

СО 03 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ ЕСПУБЛИН ПИСАНИ БРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ(54) УСТРОЙСТНОФАЗНОГО ЗАМЬС ИЗОЛИРОВАННО ВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КАНИЯ НА ЗЕИ 11 Ю В Й НЕЙТРАЛЫО ЕГО ТИ АРИАН Т 1) .57)1, Устройство длофаэного замыкания ты от одюв сети я з а з ной нленны ралью, содера каждом присоес изолированн жащее установ динении транс нулевоииными на рма токаключ следовательно входе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, поцключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывая исполнительных органов и выхооргана, подсое одом к трансфор левой последова инен- атору дом пусково ого своим в апряжения н л о р т автоматическо ставки срабатыв ем ости ния на раздеулиро ключе итель и раллельно через д Регулируемом саторе, один вх с выходом запоных и ди ко- наюоре и кондесвяза торо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ,801129688 щей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход элемента автоматического регулирования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристо" ра, включенного последовательно с исполнительным органом, эапитанным от источника питания через элемент Фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности функционирования, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, Са выполненным на транзисторе и на импульсном трансформаторе с тремя обмотками, выходная обмотка которогоподключена к управляющему электродутиристора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора,в цепь базы - обмотка обратной связи, а цепь эмиттера соединена с выходом упомянутого регулируемого резистора.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что запоминающие ячейки выполнены по симметричной схеме суммирования напряженияна:общем накопительном и двух дозирующих включенных параллельно черездиоды конденсаторах,3. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что элементфиксации срабатывания исполнительныхорганов выполнен в виде диодной сбор1129688 ки на диадах по числу исполнительных органов и регулируемом резисторе, к регулируемому выводу которого подключены соединенные последователь" но стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены с землей.4,устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с иэолированнной нейтралью, содержащее установленный на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности с включенными на выходе последовательно соединенными преобразователем ток - выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой;, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управляющий вход которого соединен с первым вы" ходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансФорматору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом оезисторЕ и раэ.в исходное состояние, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания 1 ЭАРУС ), исполнительныйорган 1 ИО), включенный последовательно с тиристором, общие на все присоединения блок управления БУ), элемент Фиксации срабатывания исполнительных органов 1 ЭФСИО), пусковойорган АППО) 23,1 О Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамдля защиты от замыкания на землюв сетях с изолированнной неитралью,Известно устройство для защиты отзамыкания на землю з сетях с изолированнной и компенсированнной нейтралью, однако оно имеет сложную схемучто снижает надежность работы известного устройства1),Наиболее близким к изобретению по технической сути является устройство для защиты, содержащее на каждом присоединении трансформатор тока нулевой последовательности ТТНП), последовательно соединенные преобразователь ток - выпрямленное напряжение ( ПТВН ) и запоминающую ячейку 13 Я ) блок установки запоминающей ячейки Фделительном диоде, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомянутого блока управления, а выход данного элемента соединен с управляющим электродом тиристора, вклю" ,ченного последовательно с исполнительным органом, эапитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, о т л и ч а ю - щ е е с,я тем, что, с целью повышения надежности:.Функционирования, элемент автоматическЬго регулирования уставки срабатывания выполнен в виде последовательно соединенных опера" ционного усилителя, повторителя сигналов на транзисторе и порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающегося напряжения, а неинвертирующий вход с выходу запоминающей ячейки,3 Существенными недостатками известного устройства являются возможностьнеселективного срабатывания, ограниченная типом применяемого тиристора15 чувствительность, и возможность реагирования на кратковременные броскитоков нулевой последовательности,Целью изобретения является повышение надежности Функционирования20 устройства,Поставленная цель достигается те что в устройстве для защиты от замы кания на землю, содержащем установленный на каждом присоединении тран форматор тока нулевой послецователь 1 ности с включенными на выходе после довательно соединенными преобразова телем ток-выпрямленное напряжение и запоминающей ячейкой, блок установки запоминающей ячейки в исходное состояние, подключенный своим входом к выходу запоминающей ячейки, управ-, ляющий вход котрого соединен с первым выходом общего на все присоединения блока управления, входы которого соединены с выходом элемента Фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, элемент автоматического регулирования уставки срабатывания на включенных параллельно через разделительный диод регулируемом резисторе и конденсаторе, один вход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединен с источником питания через общий размыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу упомя 3 нутого блока управления, а выход элемента автоматического регулирования уставки срабатывания соединен с управляющим электродом тиристора, включенного последовательно с исполнительным органом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управпяющий вход которого соединен с выходом пускового органа, элемент автоматичесао кого регулирования уставки срабатывания снабжен двухвходовым пороговым элементом, выполненным на транзисторе и импульсном трансформаторе с тремя обмотками, выходная обмотка которого под 45 ключена к управляющему электроду тирисфтора, первичная обмотка включена в коллекторную цепь транзистора вЭ цепь базы - обмотка обратной связи50 а цепь эмиттера соединена с выходом упомянутого регулируемого резистора. По второму варианту поставленнаяцель достигается тем, что в устройстве дпя защиты от замыкания на зем лю,содержащем установленный на каждомприсоединении трансформатор тока нуле, вой последовательности с включенными навходе последовательно соединеннымипреобразователем ток-выпрямленноенапряжение и запоминающей ячейкой,блок установки запоминающей ячейкив исходное состояние, подключенныйсвоим входом к выходу запоюшающейячейки, управляющий вход которогосоединен с первым выходом общего навсе присоединения блока управления,входы которого соединены с выходомэлемента фиксации срабатывания исполнительных органов и выходом пускового органа, подсоединенного своимвходом к трансформатору напряжечия 0нулевой последовательности, элементавтоматического регулирования уставки срабатывания на регулируемом резисторе и разделительном диоде, одинвход которого связан с выходом запоминающей ячейки, другой вход соединес источником питания через общий раэмыкающий ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходуупомянутого блока управления, а выходданного элемента соединен с управляющим электродом тиристора, включеиного последовательно с исполн тельныморганом, запитанным от источника питания через элемент фиксации срабатывания исполнительных органов и замыкающий ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пускового органа, элмент автоматического регулирования уставки срабатываниявыполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя,повторителя сигналов на транзистореи порогового элемента на стабилитроне, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через резисторный делитель напряжения и диод подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающегосяГ При этом запоминающие ячейки выполнены по симметричной схеме сумми- рования напряжения с последовательно 55 включенными на общем накопительном и двух дозирующих включенных параллельно через диоды конденсаторах. 1129688 4м, Кроме того, элемент срабатыванияисполнительных органов выполнен ввиде диодной сборки на диодах по числу исполнительных органов и регулируемом резисторе, к регулируемомувыводу которого подключены соединенные последовательно стабилитрон и резистор, другие выводы обоих резисторов соединены с землей,0IНа фиг.1 приведена принципиальная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю по перво му варианту; на фиг.2 " то же, по второму варианту.Устройство фиг,1 для защиты содержит установленные на присоеди" нениях 1, 2 последовательно соединен ные трансформаторы тока нулевой последовательности 3, 4, преобразователи ток - выпрямленные напряжения 5, 6 и запоминающие ячейки 7,8 подключенные своими выходами к первым входам 15 элементов автоматического регулирования уставки срабатывания 9, 10, вторые входы которых подсоединены через размыкающий ключ 11 к источнику питания 12; блок установки запоминающих ячеек в исходное состояние 13, выполненный на диодах и размыкающем ключе; блок управления 14, первый вход которого соединен с выходом пускового органа 15, подключенного своими входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности 16, первый выход БУ 14 соединен с управляющим входом ключа блока установки ЗЯ , 8 в исходное состояние, второй вы-О ход - с управляющим входом ключа 11; источник питания 17; замыкающий Ключ 18, включенный в цепь питания исполнительных органов 19, 20 и подсоединенный своим управляющим входом35 к выходу ПО 15; реагирующие элементы (РЭ) 21, 22 и ЭФСИО 23, выход которого подключен к второму входу БУ 14,ЗЯ 7(8 ) выполнена на накопительном 24 и дозирующих 25 и 26 конденсаторах, Назначение конденсаторов 25 и 26 состоит в том, чтобы ограничить величину тока заряда Благодаря этим конденсаторам зарад конденсатора 24 происходит отдельными дозами, а напряжение на его выводах изменяется приблизительно по экспоненциальному закону. Постоянная времени цепи заряда конденсаторов ЗЯ 7,8 выбирается больше длительности помех. Вследствие этого за время действия сигналов помех конденсаторы могут зарядиться лишь до напряжения незначительной величины, которая составляет долю амплитуды входного сигнала.ЗАРУС 9(10) состоит из порогового элемента, выполненного на транзис" торе и импульсном трансформаторес тремя обмотками: первичной, включенной в коллекторную цепь транзистора, выходной, подключенной к управляющему электроду тиристора 21(22 ,и обмотки обратной связи, генераторауменьшающегося напряжения на резисто"ре, конденсаторе и диодах.БУ 14 содержит элементы "Запрет" 27 и "Задержка появления сигнала" 28.ЭфСИО 23 включает в себя резисторы, стабилитрон и диод.Устройство работает следующим образом.При отсутствии в защищаемой сети однофазного замыкания на землю ключ 11 и ключ блока установки ЗЯ 7, 8 в исходное .состояние 13 замкнуты, ключ 18 разомкнут. ПО 15, ИО 19, 20, РЭ 21, 22 и элемент "Задержка появления сигналов" 28 находятся в исходном состоянии. Конедсаторы ЗЯ 7, 8 разряжены, а конденсаторы генераторов уменьшающегося напряжения заряжены до величины напряжения источ ника питания 12. Транзисторы ЭАРУС 9, 10 заперты напряжением смещения, величина которого устанавливается пер менным резистором и принимаетсяодинаковой для всех присоединений. Напряжение отпирания транзисторов,равное разности выходного напряжения генератора уменьшающегося напряжения и напряжения отсечки транэисто-.ров, выбирается больше возможного наибольшего напряжения на выходе запоминающей ячейки неповрежденногоприсоединения. Таким образом, в частности, обеспечивается условие.несрабатывания защиты на неповрежденныхприсоединениях, При вознокновении в сети однофаэного замыкания на землю, например, на присоединении 1, срабатывает ПО 15, при этом происходит размыкание ключа блока 13, замыкание ключа 18 и запуск элемента 28Спустя небольшую выдержку времени, достаточную для заряда накопительных конденсаторов ЗЯ 7, 8 до величины ( уровня) напряжения отсечки транзисторов, срабатывает элемент "Задержка появления сигнала" 28, осуществляющий размыкание ключа 11, В результате этого напряжение на выходах генераторов ЗАРУС 9, 10 начинает уменьшаться по экспоненциальному закону.Как только оно становится мень7 129688 ше уровня одного иэ входных напряжений ЗЯ 7, 9 на величину напряжения отсечки транзисторов (0,1-0,4 В в зависимости от типа установленных транзисторов), один из транзисторов от- крывается: и на выходной обмотке соответствующего импульсного трансформатора появляется импульс, под действием которого срабатывает реагирующий элемент, вход которого подключен к данному ЭАРУС 9 или 10. В рассматри ваемом случае первым открывается транзистор ЭАРУС 9 и первыми срабатывают РЭ 21 и ИО 19, поскольку ток замыкания на землю через поврежденное 1 присоединение, как правило, наибольщий. Наибольший также сигнал на выходе ЗЯ 7.При срабатывании РЭ 21 и ИО 19 одновременно появляется сигнал на 2 выходе ЭФСИО 23 и соответственно на управляющем входе элемента "Запрет" 27В результате этого замыкаются ключ 11 и ключ 13, что приводит к разряду накопительных конденсаторов ЗЯ 7, 9 и к возрастанию запирающего напряжения смещения на эмиттерах транзисторов. Этим способом исключается возможность срабатывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях в процессе (режиме) поиска поврежденного присоединения.Кроме того, возможность несра)батывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях обеспе-З чивается еще и .тем, что при срабатывании реагирующего элемента поврежденного присоединения на общем резисторе ЭФСИО 23 появляется напряжение, которое по величине выбирается больше наибольшего выходного сигнала импульсного трансформатора ЗАРУС 9, 10. При действии кратковременных помех, вызванных различными коммутациями в сети, реагирующие элементыустройства в действие не приходят5 потому, что уровень отпирания транзисторов ЗАРУС 9, 10 равный разностиначального напряжение генераторауменьшающегося напряжения и напря(жения отсечки транзисторов, выбирается больше возможной амплитуды помехии постоянные времени цепей зарядаконденсаторов ЗЯ 7, 8 приняты бсльшедлительности сигналов помех, а также потому, что ключ 1 размыкается5 не мгновенно, а спустя заданную вы"держку времени,Таким образом, выполнение элементов автоматического регулированияуставки срабатывания в виде порогоО вых элементов и генераторов уменьшающегося напряжения позволяет создатьуниверсальную защиту от замыканийна землю, обладающую повышенной из-бирательной способностью и чувстви 25 тельносгью и не требующую индивидуальной настройки параметров.Минимальная чувствительность устройства находится в пределах 0 1 Э0,4 В ( в зависимости от типа применяемых транзисторов ), т.е. практичес"ки равна напряжению отсечки транзис, торов,Высокая избирательность и чувст вительность защиты достигают эа счетвыбранного алгоритма функционированияустройства,. при котором напряжениена выходе преобразователя ток-вы.рямление напряжение неповрежденного прйсоединения с максимальным емкостнымтоком практически не влияет на устойчивость работы защиты. 0 Схема устройства возвращается в исходное состояние лишь после того,как исчезнет напряжение нулевой последовательности исчезает сигнал на выходе ПО 15) и размыкается ключ 18.Таким образом исключается возможность работы устройства в послеаварийном режиме (после отключения выключателя поврежденного присоединения ), характеризующемся дозарядом емкостей.неповрежденных присоединений и сопровождающемся бросками собственных емкостей токов, а также затуханием напряжения нулевой последовательности,с частотой ниже промышленной. Устройство для защиты по второму варианту содержит установленные на присоединениях 1, 2 последовательно соединенные трансформаторы тока нулевой последовательности 3, 4, преобразователи ток - выпрямленное напряжение 5, 6 и запоминающие ячейки 7Э 8, подключенные своими выходами к одним из входов элементов автоматического регулирования уставки срабатывания 9, 1 О, вторые входы которых подключены к выходу общего на все присоединения генератора уменьшающе.ося напряжения 29, третьи входы - к источнику питания 12; блок установ" ки запоминающих ячеек в исходное состояние 13, блок управленияпервый вход которого соединен с выходом пускового органа 15, подключенного своим входом к трансформаторунапряжения нулевой последовательности 16 а выход БУ 14 соединен с управ ляющим входом размыкающего ключаблока установки ЗЯ висходное состояние 13, источник питания 17, замыкающий ключ 18, включенный в цепьпитания исполнительных органов 19, 20 "би подключенный своим управляющимвходом к выходу ПО 15 реагирующиеэлементы 21, 22 и ЗФСЫО 23, выходкоторого подключен ко второму входуБУ 14, 15ПТВН 5(б ) выполнен на резисторе идиоде и содерхит также конденсатор,предназначенный для отстройки отвысокочастотных составляющих.ЗЯ 7(8 ) состоит из последовательно соединенных диода и конденсаторас параллельно подключенным балластным резистором.ЭАРУС 9 (10) включаст резисторныйделитель напряжения 30, операционный усилитель 31, повторитель сигналов 32 на транзисторе и стабилитрон33,Генератор уменьшающегося напря"жения 29 выполнен при помощи конденсатора 34, резистора 35, источникапитания 36 и размыкающего ключа 37,Блок установки запоминаюших ячеекв исходное состояние 13 включает,диоды и размыкающий ключ, БУ 1435состоит из элемента Запрет 27 иэлементов "Задержка появления сигналов" 28 и 38.Устройство работает следующим образом.40При отсутствии в сети однофазного замь 1 кания на землю размыкающиеключ блока 13 и ключ 37 замкнуты,а замыкающий ключ 18 разомкнут.ПО 15, 10 19, 20 РЗ 21,22, элементы 28 и 38 находятся в исходном состоянии. Напряжение на выходе генератора уменьшающегося напряжения 29имеет максимальное значение, причемего величина выбирается больше воз 50можного наибольшего напрях.ения навыходах ЗЯ 7, 8,При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например на присоединии 1, срабатывает ПО 15,О 15 55 в резулыате этого происходит замыкание ключа 18, пуск элементов 28 и 38, Спустя небольшую выдержку времени (1-2 мс ), срабатывает элемент 28 и происходит размыкание ключа блока 13. С этого момента начинается процесс заряда конденсатора ЗЯ 7, 8,По истечении времени, достаточ" ного для заряда этих конденсаторов до максимальных значений выходных напряжений ПТВН 5, 6, срабатывает элемент 38, осуществляющий размыка" ние ключа 37. Вследствие этого напряжение на выходе генератора 29 начинает уменьшаться по экспоненциальному. закону. При уменьшении этого напряжения до величины, при которой установленные в цепи инвертирующих входов операционных усилителей 31 диоды начинают отпираться, на выходе данных усилителей и соответственно на входах пороговых элементов 33 появляются увеличивающиеся по величине напр. кения, текущее значение которых равно разностям выходных напряжений ЗЯ 7, 8 выходного напряхения генератора 39. Как только величина этих напряжений достигает уровня напряжения пробоя стабилитронов 33, последние переходят в провов:щее состояние и срабатывает соответствующий реагирующий элемент. При этом первым срабатывает РЭ 21, поскольку сигнал на выходе ЗЯ 7 имеет наибольшее значение, При срабатывании РЗ 21 появляется сигнал на выходе ЗФСИО 23, поступающий па управляющий вход элемента 27.Это в свою очередь приводит к замыканию ключа блока 13 и ключа 37 генератора 29, благодаря чему исключается возможность несрабатывания реагирующих элементов на неповрежденных присоединениях. В таком состоянии схема устройства находится до тех пор, пока не отключится поврежденное присоединение и не исчезнет напряжение нулевой последовательности на выходе ТННП 16, Та.ким образом обеспечивается селективное срабатывание защиты при замыканиях/ на поврежденном присоединении и не- срабатывание ее от собственных емкостных токов в аварийном и после- аварийном режимах,Помехозащищенность достигается за счет ввецения в устройство элемента 28 и конденсаторов в схему ПТВН 5, б.Высоцкая чувствительность устройства достигается применением операционных усилителей, Для изготовления устройства не требуются сложные элементы и узлы. Оно может быть полностью скомплектовано иэ серийно выпускаемых элементов. устройство просто Э в эксплуатации и техпологично в изготовлении,Применение данного устройства5 способствует повышению надежностиэлектроснабжения и безопасности об-служивания электроустановок,КЩ Заказ 9 61/3 Тираж 613 Подаисиое4 ЗЮМ ЕЕс . .Фаежась аз иеФюиал ББТ "Батавт",